7. Алгоритмическая структура «Ветвление»
Технологическая карта урока
ЦЕЛЕВОЙ БЛОК
Модуль: Основы алгоритмизации и программирования робототехнических систем
Тема урока: Алгоритмическая структура «Ветвление»
Цель урока: Сформировать у учащихся понимание алгоритмической структуры ветвления, её видов и способов применения в управлении робототехническими системами для принятия решений в зависимости от условий.
Планируемые результаты:
Предметные:
- Знать виды алгоритмической структуры «Ветвление» (однозначное и многозначное)
- Понимать принципы работы условных операторов
- Уметь составлять блок-схемы алгоритмов с ветвлением
- Применять структуру ветвления для решения задач в робототехнике
- Анализировать работу алгоритмов с вложенными условиями
Метапредметные:
- Регулятивные УУД: умение планировать алгоритм с учетом возможных вариантов развития событий, контролировать и корректировать свою деятельность
- Познавательные УУД: развитие логического мышления, умения строить причинно-следственные связи, анализировать ситуации и принимать решения
- Коммуникативные УУД: умение аргументировать свою позицию, работать в команде над созданием алгоритма
Личностные:
- Формирование аналитического и системного мышления
- Развитие внимательности и предусмотрительности в проектировании алгоритмов
- Воспитание ответственного отношения к принятию решений
ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЙ БЛОК
Задачи урока:
- Объяснить сущность алгоритмической структуры «Ветвление»
- Рассмотреть различные виды ветвлений (полное и неполное, многозначное)
- Изучить правила составления логических выражений для условий
- Научить создавать блок-схемы алгоритмов с ветвлением
- Показать применение структуры ветвления в робототехнике
- Развить навыки проектирования алгоритмов принятия решений роботами
Тип урока: Комбинированный (изучение нового материала + практическая работа)
Учебно-методическое и материально-техническое обеспечение:
- Компьютерный класс с установленной средой программирования для роботов
- Робототехнические наборы (по количеству групп)
- Интерактивная доска/проектор для демонстрации
- Презентация по теме «Алгоритмическая структура «Ветвление»»
- Раздаточный материал с логическими операциями и примерами условий
- Карточки с заданиями различного уровня сложности
- Программа для создания блок-схем
- Демонстрационные роботы для показа работы алгоритмов с ветвлением
ОРГАНИЗАЦИОННО-ДЕЯТЕЛЬНОСТНЫЙ БЛОК
Образовательные технологии: Проблемное обучение, технология развития критического мышления, работа в малых группах, практико-ориентированное обучение
Межпредметные связи:
- Информатика: логические выражения, условные операторы, структуры выбора
- Математика: булева алгебра, логические функции, условные выражения
- Физика: моделирование ситуаций и реакций на различные условия
| Этап урока | Деятельность учителя | Деятельность ученика | Планируемые результаты предметные | Планируемые результаты УУД |
|---|---|---|---|---|
| 1. Организационный момент (2 мин) | Приветствует учащихся, проверяет готовность к уроку, организует внимание. | Готовятся к уроку, проверяют наличие необходимых материалов. | Регулятивные: самоорганизация | |
| 2. Актуализация знаний (5 мин) | Организует фронтальную беседу по ранее изученному материалу: - Какие алгоритмические структуры вы уже знаете? - Когда применяется линейный алгоритм? - Когда и как используется цикл? - Как робот может принимать решения в зависимости от ситуации? Фиксирует на доске основные понятия. |
Участвуют в беседе, отвечают на вопросы, вспоминают ранее изученные алгоритмические структуры. Приводят примеры ситуаций, когда роботу необходимо принимать решения. |
Воспроизведение знаний о линейных алгоритмах и циклах. Понимание необходимости различных алгоритмических структур. |
Познавательные: актуализация знаний. Коммуникативные: умение выражать свои мысли. |
| 3. Мотивация и постановка проблемы (5 мин) | Предлагает проблемную ситуацию: “Робот движется вперед и обнаруживает препятствие. Какие действия он должен выполнить?" Демонстрирует видеофрагмент с роботом, который сталкивается с различными ситуациями и должен принимать решения. Формулирует проблемный вопрос: “Как научить робота принимать разные решения в зависимости от условий?” |
Анализируют проблемную ситуацию. Предлагают варианты действий робота. Осознают необходимость механизма принятия решений в зависимости от условий. Участвуют в формулировке цели урока. |
Понимание проблематики принятия решений в робототехнике. | Познавательные: анализ проблемной ситуации. Регулятивные: целеполагание. |
| 4. Изучение нового материала (15 мин) | Объясняет новый материал с использованием презентации: 1. Понятие ветвления в алгоритмах 2. Виды ветвлений: - Полное (с ветвью “иначе”) - Неполное (без ветви “иначе”) - Многозначное (выбор из нескольких вариантов) 3. Логические выражения в условиях: - Операции сравнения (>, <, =, >=, <=, ≠) - Логические операции (И, ИЛИ, НЕ) - Составные условия 4. Вложенные условия 5. Блок-схемы алгоритмов с ветвлением 6. Примеры применения в робототехнике: - Реакция на препятствие - Выбор направления движения - Классификация объектов по цвету Демонстрирует примеры блок-схем с ветвлением. |
Воспринимают новую информацию. Делают записи в тетрадях. Зарисовывают блок-схемы. Задают уточняющие вопросы. |
Знание понятия ветвления и его видов. Понимание принципов построения логических выражений. Умение читать блок-схемы с ветвлением. |
Познавательные: восприятие новой информации, анализ, систематизация. Коммуникативные: формулирование вопросов. |
| 5. Первичное закрепление (8 мин) | Организует работу с раздаточным материалом: 1. Определение вида ветвления в предложенных блок-схемах 2. Составление логических выражений для различных ситуаций 3. Интерпретация работы алгоритма с ветвлением по заданной блок-схеме Контролирует правильность выполнения заданий, корректирует при необходимости. |
Работают с раздаточным материалом: - Определяют виды ветвлений - Составляют логические выражения - Интерпретируют блок-схемы - Отвечают на вопросы учителя |
Умение определять виды ветвлений. Навыки составления логических выражений. Умение интерпретировать блок-схемы с ветвлением. |
Познавательные: анализ, классификация. Регулятивные: самоконтроль. |
| 6. Физкультминутка (2 мин) | Проводит короткую физкультминутку с элементами “принятия решений”. | Выполняют физические упражнения. | Регулятивные: саморегуляция. | |
| 7. Практическая работа: создание блок-схем (20 мин) | Организует работу в малых группах (по 2-3 человека). Ставит задачу: “Разработать блок-схему алгоритма для робота, который должен принимать решения в заданной ситуации”. Предлагает варианты заданий различной сложности: 1. Базовый уровень - робот должен выбирать направление движения в зависимости от цвета линии (2 варианта) 2. Средний уровень - робот должен реагировать на препятствия с разных сторон (3-4 варианта действий) 3. Повышенный уровень - робот должен классифицировать объекты по нескольким признакам (цвет, размер, форма) и выполнять соответствующие действия Консультирует группы во время работы. |
Работают в группах: - Обсуждают поставленную задачу - Определяют необходимые условия и действия - Строят блок-схему алгоритма с ветвлением - Проверяют работу алгоритма на различных входных данных - При необходимости консультируются с учителем |
Умение проектировать алгоритмы с ветвлением. Навыки создания блок-схем для робототехнических задач. Умение проверять работоспособность алгоритма. |
Познавательные: проектирование, моделирование. Регулятивные: планирование, самоконтроль. Коммуникативные: работа в группе, согласование действий. |
| 8. Представление и анализ результатов (10 мин) | Организует представление результатов работы групп. Предлагает каждой группе кратко представить свой алгоритм. Задает вопросы по представленным блок-схемам: - Почему выбран такой вид ветвления? - Как работает алгоритм при различных входных данных? - Можно ли оптимизировать алгоритм? Организует обсуждение представленных решений. |
Представляют разработанные блок-схемы. Объясняют принцип работы своего алгоритма. Отвечают на вопросы. Участвуют в обсуждении решений других групп. Анализируют различные подходы к решению задачи. |
Умение объяснять принцип работы алгоритма с ветвлением. Навыки анализа различных алгоритмических решений. |
Коммуникативные: публичное выступление, аргументация. Познавательные: анализ, критическое мышление. Личностные: уважение к мнению других. |
| 9. Обобщение и систематизация (5 мин) | Организует обобщающую беседу: - Какие виды ветвлений мы изучили? - В каких ситуациях применяется каждый вид ветвления? - Какие логические операции используются в условиях? - Как работают вложенные условия? - Какие задачи в робототехнике решаются с помощью ветвления? Систематизирует полученные знания в виде схемы на доске. |
Участвуют в обобщающей беседе. Отвечают на вопросы. Приводят примеры применения ветвлений в робототехнике. Формулируют выводы. |
Систематизация знаний об алгоритмической структуре “Ветвление”. Понимание применения ветвлений в робототехнике. |
Познавательные: обобщение, систематизация. Регулятивные: оценка понимания материала. |
| 10. Контроль и самопроверка (5 мин) | Организует выполнение короткого теста на понимание видов ветвления и их применения. Предлагает задания на определение результатов работы алгоритмов с ветвлением при различных входных данных. |
Выполняют тестовые задания. Определяют результаты работы алгоритмов при заданных условиях. Проверяют свои ответы. |
Умение определять вид ветвления. Навыки трассировки алгоритмов с ветвлением. |
Регулятивные: самоконтроль. Познавательные: применение знаний. |
| 11. Подведение итогов и рефлексия (5 мин) | Подводит итоги урока. Организует рефлексию с использованием приема “Незаконченное предложение”: - “Сегодня я узнал…" - “Мне было интересно…" - “Мне было трудно…" - “Теперь я могу…" - “Я научился…" - “У меня получилось…" Оценивает работу групп на уроке. |
Участвуют в рефлексии. Продолжают предложенные фразы. Оценивают свою работу на уроке и работу группы. |
Регулятивные: оценка своей деятельности. Личностные: самоанализ, осознание достигнутых результатов. |
|
| 12. Домашнее задание (3 мин) | Объясняет домашнее задание: 1. Обязательная часть: разработать блок-схему алгоритма с многозначным ветвлением для робота, решающего определенную задачу (на выбор из предложенных вариантов) 2. Дополнительно (по желанию): найти примеры применения сложных систем принятия решений в реальных роботах или автоматизированных системах |
Записывают домашнее задание. Задают уточняющие вопросы. |
Регулятивные: планирование самостоятельной работы. |
Дополнительные материалы:
Схемы основных видов ветвления:
1. Полное ветвление (с ветвью “иначе”):
1┌───────────┐
2│ Начало │
3└─────┬─────┘
4 │
5┌─────▼─────┐
6│ Условие │
7└─────┬─────┘
8 │
9 ┌──┴──┐
10 Да│ │Нет
11 │ │
12┌───▼┐ ┌▼───┐
13│Блок│ │Блок│
14│ 1 │ │ 2 │
15└───┬┘ └┬───┘
16 │ │
17 └──┐ │
18 │ │
19┌──────▼─▼──┐
20│ Конец │
21└───────────┘
2. Неполное ветвление (без ветви “иначе”):
1┌───────────┐
2│ Начало │
3└─────┬─────┘
4 │
5┌─────▼─────┐
6│ Условие │
7└─────┬─────┘
8 │
9 ┌──┴──┐
10 Да│ │Нет
11 │ │
12┌───▼┐ │
13│Блок│ │
14│ 1 │ │
15└───┬┘ │
16 │ │
17 └──┐ │
18 │ │
19┌──────▼─▼──┐
20│ Конец │
21└───────────┘
3. Многозначное ветвление:
1┌───────────┐
2│ Начало │
3└─────┬─────┘
4 │
5┌─────▼─────┐
6│ Условие 1 │
7└─────┬─────┘
8 │
9 ┌──┴──┐
10 Да│ │Нет
11 │ │
12┌───▼┐ ┌─▼───────┐
13│Блок│ │Условие 2│
14│ 1 │ └──┬──────┘
15└───┬┘ │
16 │ ┌──┴──┐
17 │ Да│ │Нет
18 │ │ │
19 │ ┌─▼┐ ┌─▼─┐
20 │ │Бл│ │Бл │
21 │ │2 │ │3 │
22 │ └─┬┘ └─┬─┘
23 │ │ │
24 └───┼────┘
25 │
26┌───────▼─────┐
27│ Конец │
28└─────────────┘
Примеры логических выражений и их использование в робототехнике:
Простые условия:
- Расстояние < 10 см (проверка наличия препятствия)
- Яркость > 50% (определение светлой поверхности)
- Цвет = черный (обнаружение черной линии)
- Угол наклона ≥ 30° (проверка крутизны склона)
Составные условия:
- (Расстояние < 10 см) И (Скорость > 20%) → замедление при приближении к препятствию
- (Цвет = красный) ИЛИ (Цвет = желтый) → остановка на запрещающем сигнале
- (Яркость > 70%) И (Температура > 30°) → обнаружение источника тепла и света
- НЕ(Звук обнаружен) ИЛИ (Расстояние > 100 см) → продолжение движения в тишине или при отсутствии близких объектов
Задания для практической работы:
Базовый уровень:
Задача: Разработать блок-схему алгоритма для робота-сортировщика, который должен распределять объекты по цвету (красный, синий, зеленый).
Средний уровень:
Задача: Создать блок-схему алгоритма для робота-исследователя, который должен выбирать маршрут в зависимости от типа поверхности (ровная, неровная), наличия препятствий и уровня освещенности.
Повышенный уровень:
Задача: Спроектировать блок-схему алгоритма для робота-спасателя, который должен принимать решения в зависимости от комплексных условий: наличия пострадавших, уровня опасности, доступного пути и своих технических возможностей.
Тестовые задания для самопроверки:
-
Определите вид ветвления в алгоритме:
1ЕСЛИ (датчик обнаружил линию) ТО 2 Следовать по линии 3ИНАЧЕ 4 Искать линию 5КОНЕЦ ЕСЛИa) Неполное ветвление b) Полное ветвление c) Многозначное ветвление
-
Какое логическое выражение соответствует условию “робот должен повернуть вправо, если слева обнаружено препятствие и впереди свободно”? a) (слева_препятствие) ИЛИ (впереди_свободно) b) (слева_препятствие) И (впереди_свободно) c) НЕ(слева_препятствие) И (впереди_свободно)
-
Трассировка алгоритма:
1ЕСЛИ (расстояние < 15) ТО 2 ЕСЛИ (цвет = красный) ТО 3 Остановиться 4 ИНАЧЕ 5 Снизить скорость 6 КОНЕЦ ЕСЛИ 7ИНАЧЕ 8 Двигаться с нормальной скоростью 9КОНЕЦ ЕСЛИЧто произойдет, если расстояние = 10 и цвет = зеленый? a) Остановка b) Снижение скорости c) Движение с нормальной скоростью
Критерии оценивания:
Блок-схема алгоритма с ветвлением (0-10 баллов):
- Корректность выбора вида ветвления (0-2)
- Правильность построения логических выражений (0-2)
- Корректность графического изображения блок-схемы (0-2)
- Работоспособность алгоритма во всех возможных ситуациях (0-2)
- Оптимальность решения (0-2)
Ответы на вопросы (0-5 баллов):
- Понимание принципов работы алгоритма с ветвлением (0-2)
- Умение объяснить выбранное решение (0-2)
- Способность анализировать альтернативные варианты (0-1)
Максимальный балл: 15 Шкала перевода в оценку:
- 13-15 баллов - “5”
- 10-12 баллов - “4”
- 7-9 баллов - “3”
- менее 7 баллов - “2”
Материалы для дополнительного изучения:
- Примеры применения сложных систем принятия решений в робототехнике:
- Автономные транспортные средства
- Промышленные роботы-манипуляторы
- Бытовые роботы-пылесосы
- Роботы-спасатели
- Особенности реализации ветвлений в различных средах программирования роботов:
- Визуальные блочные языки (Scratch, LEGO Mindstorms)
- Текстовые языки программирования (Python, C++)
- Специализированные среды робототехники
- Расширенные логические операции и их применение в условиях:
- Комбинирование условий
- Приоритеты логических операций
- Оптимизация сложных условий