Создание и выполнение алгоритмов с циклами и ветвлениями для управления Роботом
Цели и задачи
- Цель по SMART: к концу урока научиться составлять, записывать и выполнять в среде исполнителя Робот алгоритмы с циклом и ветвлением, проверяя их работу не менее чем на двух учебных полях.
- Научиться определять, когда в алгоритме необходим цикл, а когда — условие, и выбирать соответствующую конструкцию.
- Составить алгоритм движения Робота по полю с использованием повторения команд и условного действия.
- Развивать умение анализировать результат выполнения программы, находить ошибку и вносить исправления.
- Формировать ответственное отношение к цифровой деятельности, сотрудничеству и самостоятельному выбору уровня задания.
Планируемые результаты
Личностные
- Осознают значение алгоритмического мышления для решения практических задач и будущей профессиональной деятельности.
- Проявляют самостоятельность при выборе уровня сложности задания и способа проверки программы.
- Понимают ценность точности, последовательности и ответственности при создании компьютерных программ.
- Соблюдают правила безопасной работы за компьютером и уважительно обсуждают решения одноклассников.
Метапредметные
- Формулируют цель работы, планируют последовательность действий и оценивают полученный результат.
- Анализируют условие задачи, выделяют повторяющиеся действия и необходимые проверки.
- Работают с программным интерфейсом, читают сообщения об ошибках и используют их для коррекции алгоритма.
- Аргументированно объясняют выбор цикла или ветвления и взаимодействуют в паре при тестировании программы.
Предметные
- Знать назначение последовательности команд, цикла и ветвления в алгоритме управления исполнителем.
- Уметь записывать алгоритмы с командами движения, поворота, проверки условия и повторения.
- Уметь создавать и выполнять на компьютере несложные программы для Робота.
- Владеть приёмами пошагового тестирования, поиска логической ошибки и исправления алгоритма.
Универсальные учебные действия (УУД)
Личностные УУД
- Осмысливают личную ответственность за точность команд и последствия выполнения программы.
- Выбирают уровень задания с учётом собственных возможностей и готовности принять вызов.
- Проявляют интерес к применению алгоритмов в робототехнике, программировании и автоматизации.
Регулятивные УУД
- Ставят цель: провести Робота из начальной точки в конечную без столкновений.
- Планируют команды до запуска программы и прогнозируют путь исполнителя.
- Сравнивают результат с условием задачи, находят расхождение и корректируют код.
- Осуществляют самооценку по критериям правильности, краткости и понятности алгоритма.
Познавательные УУД
- Выделяют повторяющийся фрагмент маршрута и заменяют его циклом.
- Сопоставляют условие на поле с командой ветвления.
- Строят мысленную модель движения Робота и проверяют её запуском.
- Анализируют готовый алгоритм, находят лишнюю или пропущенную команду.
Коммуникативные УУД
- Распределяют роли программиста и тестировщика при работе в паре.
- Формулируют вопросы о логике алгоритма и отвечают на них с опорой на команды.
- Аргументированно доказывают, почему выбранная конструкция решает задачу.
- Принимают замечания партнёра и согласованно вносят исправления.
Подготовка учителя к уроку
- Подготовить компьютерный класс с установленной средой исполнителя Робот и проверить запуск программы на каждом рабочем месте.
- Создать или открыть два учебных поля: первое с прямолинейным маршрутом и повторяющимся фрагментом, второе с клетками, стенами и проверяемыми условиями.
- Подготовить презентацию или экранную заставку с командами «вперёд», «вправо», «влево», «повторить» и «если условие, то действие».
- Распечатать карточки трёх уровней сложности — по одной на каждого ученика, всего по числу учащихся класса.
- Распечатать памятку алгоритмиста с правилами: сначала спрогнозируй, затем запусти, после запуска проверь результат.
- Подготовить лист самооценки с критериями: правильность маршрута, использование цикла, использование ветвления, исправление ошибки.
- Разместить на доске тему урока, проблемный вопрос «Как сократить программу и сделать её устойчивой к изменению поля?» и схему этапов отладки.
- Проверить проектор, интерактивную доску, мыши и клавиатуры; обеспечить возможность работы в парах за одним компьютером.
Ход урока
Этап 1. Организационный момент и мотивация (3 мин)
Цель этапа: включить учащихся в учебную деятельность и создать проблемную ситуацию, связанную с управлением Роботом.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | Учитель приветствует класс и проверяет готовность компьютеров: "Здравствуйте, ребята. Сегодня вы будете не просто выполнять команды, а выступите в роли разработчиков алгоритмов. Проверьте, что на столе есть тетрадь, ручка и лист самооценки, а на экране открыт исполнитель Робот. Работать будем парами, но каждый отвечает за понимание собственного алгоритма." | Проверяют оборудование, открывают среду Робот, садятся по парам и распределяют роли: программист и тестировщик. |
2 мин | Учитель показывает на экране маршрут Робота из нескольких одинаковых участков и спрашивает: "Представьте, что Роботу нужно пройти такой маршрут. Можно ли записать каждую команду отдельно? Что произойдёт, если маршрут станет длиннее? Как сделать программу короче, но сохранить точность?" Учитель фиксирует ответы на доске и формулирует проблемный вопрос. | Рассматривают поле, предполагают: "Команд будет слишком много", "нужно повторить одинаковые действия", "Робот должен проверять, есть ли стена". Записывают проблемный вопрос в тетрадь. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы увидели, что длинную последовательность команд неудобно составлять вручную. Сейчас вспомним, какие команды уже умеет выполнять Робот, и найдём место, где нам не хватает нового способа записи."
Этап 2. Актуализация знаний и выявление затруднения (6 мин)
Цель этапа: актуализировать понятия команды, исполнителя, алгоритма и последовательности действий, выявив необходимость цикла и ветвления.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель проводит приём "Подумай — обсуди в паре — поделись": "За тридцать секунд назовите команды, которые нужны Роботу для движения по клетчатому полю. Затем обсудите с соседом, чем команда отличается от алгоритма. После этого две-три пары предложат формулировки классу." Учитель записывает ключевые слова на доске. | Сначала индивидуально записывают команды, затем обсуждают в паре. Формулируют: "Команда — отдельное указание исполнителю", "алгоритм — последовательность команд для получения результата". |
3 мин | Учитель выводит на экран алгоритм: «вперёд; вперёд; вперёд; вправо; вперёд; вперёд; вправо; вперёд; вперёд» и спрашивает: "Какой фрагмент здесь повторяется? Можно ли заменить его одной конструкцией? А если на пути Робота встретится стена, достаточно ли заранее записанной последовательности?" | Находят повторяющийся фрагмент, подчёркивают его в тетради и отвечают: "Нужен цикл"; "нужна проверка условия, чтобы выбрать действие". Фиксируют затруднение: пока не умеют записывать повторение и проверку в программе. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы умеем задавать последовательность команд, но пока записываем повторения громоздко и не можем заставить Робота выбирать действие по ситуации. Значит, нам нужны две новые конструкции — цикл и ветвление."
Этап 3. Постановка цели и построение проекта выхода из затруднения (4 мин)
Цель этапа: совместно сформулировать цель урока и спланировать открытие способов использования цикла и ветвления.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель обращается к классу: "Сформулируйте цель так, чтобы в ней было понятно, что вы создадите и как проверите результат. Начните фразу: «К концу урока я смогу…». Обратите внимание: цель должна быть измеримой, а не общей — не просто «узнать о циклах»." Учитель принимает варианты и уточняет формулировку. | Предлагают цели: "К концу урока я смогу создать программу для Робота с циклом и условием и проверить её на поле". Записывают согласованную цель. |
2 мин | Учитель показывает на доске план: 1) повторить команды; 2) выделить повторяющийся фрагмент; 3) записать цикл; 4) добавить условие; 5) запустить и исправить ошибки. "Выберите в паре, кто будет первым составлять код, а кто — проверять его по плану. Затем роли поменяются." | Распределяют роли, записывают план работы и формулируют критерии успеха: Робот достигает цели, программа содержит подходящую конструкцию, ошибка исправлена самостоятельно. |
Посмотрите план целиком
Зарегистрируйтесь — и откройте план урока по этой теме полностью: цели, ход урока и рефлексия по ФГОС.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Цель и план у нас есть. Теперь разберёмся, как записать повторение и проверку так, чтобы компьютер понял нашу мысль однозначно."
Этап 4. Открытие нового знания и демонстрация (10 мин)
Цель этапа: сформировать понимание назначения цикла и ветвления на примере алгоритмов управления Роботом.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
4 мин | Учитель демонстрирует на экране маршрут: Роботу нужно три раза выполнить пару команд «вперёд; вправо». "Посмотрите на длинную запись. Какой фрагмент повторяется? Запишем его компактнее: повторить 3 раза [вперёд; вправо]. Число 3 называется количеством повторений, а команды внутри скобок — телом цикла. Цикл используем, когда заранее известно, сколько раз повторяется действие." Учитель запускает обе версии и сравнивает результат. | Выделяют повторяющийся фрагмент, записывают схему цикла в тетрадь, прогнозируют маршрут и проверяют его запуском. Формулируют: "Цикл сокращает повторяющиеся команды". |
3 мин | Учитель показывает поле, где перед Роботом может быть свободная клетка или стена: "Теперь количество шагов заранее не задано. Робот должен идти, пока впереди свободно. Запишем: пока впереди свободно — сделать шаг; иначе — повернуть. Это пример ветвления: условие проверяется, и выбирается одна из ветвей. В вашей среде названия команд могут отличаться, но логика остаётся такой же." | Сравнивают цикл с ветвлением, объясняют различие: "Цикл повторяет действия, а ветвление выбирает действие по условию". На схеме стрелками показывают две возможные ветви. |
3 мин | Учитель проводит мини-отладку: "На экране программа: повторить 4 раза [вперёд; вправо]. Робот должен обойти квадрат, но после запуска останавливается у стены. Где ошибка? Не спешите исправлять — сначала проследите каждую команду по клеткам." Учитель просит объяснить ответ, а не только назвать строку. | По шагам отслеживают положение Робота, находят лишний поворот или неверное число повторений, предлагают исправление и аргументируют: "Число повторений должно соответствовать четырём сторонам маршрута". |
Запись в тетрадях
- Цикл — конструкция алгоритма, предназначенная для многократного выполнения команд.
- Ветвление — конструкция, в которой действие выбирается в зависимости от условия.
- Схема цикла: повторить N раз [команды].
- Схема ветвления: если условие, то действие 1, иначе действие 2.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Теперь мы различаем две конструкции: цикл отвечает на вопрос «сколько раз повторить?», а ветвление — «что сделать при таком условии?». Проверим новое знание на коротком маршруте, проговаривая каждую команду."
Этап 5. Первичное закрепление за компьютером (8 мин)
Цель этапа: научить применять цикл и ветвление в простой программе с пошаговым проговариванием действий.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель раздаёт карточки базового задания: "Постройте программу, которая проведёт Робота по маршруту из четырёх одинаковых фрагментов. Каждый фрагмент состоит из команд «вперёд; вперёд; вправо». Сначала запишите конструкцию на черновике, затем перенесите её в среду и объясните партнёру, почему выбран цикл." | Читают условие, выделяют повторяющийся фрагмент, записывают план и распределяют роли в паре. |
4 мин | Учитель обходит пары и задаёт вопросы: "Сколько раз должен сработать цикл? Что является телом цикла? Как вы проверите, что Робот не пропустил поворот? Не запускайте программу многократно вслепую — сначала спрогнозируйте маршрут." При необходимости показывает на одном компьютере пошаговое выполнение. | Создают программу с циклом, запускают её пошагово, отмечают маршрут на карточке и объясняют партнёру назначение каждой команды. Ожидаемый вывод: "Цикл повторяет три команды четыре раза". |
2 мин | Учитель предлагает добавить условие на последнем участке: "Если впереди стена, Робот должен повернуть налево, иначе — продолжить движение. Вставьте ветвление и проверьте программу на изменённом поле." | Добавляют ветвление, запускают программу на изменённом поле, фиксируют результат и при необходимости меняют порядок команд. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Вы уже использовали обе конструкции в одной программе. Теперь каждый самостоятельно проверит, умеет ли он не только собрать алгоритм, но и обнаружить ошибку в чужой записи."
Этап 6. Самостоятельная работа с самопроверкой и дифференциацией (10 мин)
Цель этапа: проверить самостоятельное применение циклов и ветвлений и сформировать навык отладки алгоритма.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель предлагает выбор: "Выберите один из трёх уровней. Базовый: провести Робота по маршруту с одним циклом. Средний: использовать цикл и ветвление на поле со стенами. Продвинутый: составить алгоритм, который работает на двух полях с разной длиной прямого участка. Выбор уровня — это ваша ответственность, а не соревнование." | Выбирают карточку, записывают выбранный уровень и прогнозируют, какие конструкции понадобятся. |
6 мин | Учитель напоминает алгоритм самопроверки: "Сначала прочитайте условие, затем составьте схему, после этого запустите программу пошагово. Если Робот ошибся, определите, на какой команде это произошло, и исправьте только одну предполагаемую причину. После повторного запуска запишите, что изменилось." Учитель показывает эталонный маршрут на экране, но не готовый код. | Индивидуально создают программу, запускают её, сравнивают маршрут с условием, находят ошибку и вносят исправление. Заполняют в листе самооценки пункты «цикл использован уместно», «условие проверяется», «результат проверен». |
2 мин | Учитель организует взаимопроверку: "Обменяйтесь с соседом только описанием алгоритма, не передавая управление компьютером. По описанию определите, достаточно ли условий для выполнения задачи. Запишите партнёру две сильные стороны и один совет." | Читают описание алгоритма партнёра, находят соответствие условию, записывают две сильные стороны и один конкретный совет по улучшению. |
Эталон решения
Для маршрута из четырёх одинаковых фрагментов эталонная логика такова: 1) определить повторяющийся фрагмент «вперёд; вперёд; вправо»; 2) задать цикл с четырьмя повторениями; 3) проверить положение Робота после каждого повторения; 4) для поля со стеной добавить ветвление «если впереди свободно, то вперёд, иначе повернуть налево»; 5) повторно запустить программу и убедиться, что Робот достигает конечной клетки без столкновения.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Самостоятельная работа показала, что правильный алгоритм — это не только набор команд, но и проверка результата. В завершении зафиксируем, какое решение оказалось удачным, где возникли ошибки и что поможет избежать их в следующей программе."
Этап 7. Рефлексия и домашнее задание (4 мин)
Цель этапа: осознать способы применения цикла и ветвления, оценить результат работы и получить домашнее задание.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель проводит приём "Одноминутная бумага": "За одну минуту закончите три фразы: «Цикл нужен, когда…», «Ветвление нужно, когда…», «При отладке я сначала…». Затем поднимите карточку светофора: зелёная — могу составить программу, жёлтая — нужна тренировка, красная — нужна помощь." | Записывают продолжения фраз и показывают карточку самооценки. Приводят примеры: "Цикл нужен для повторения", "ветвление выбирает действие по условию", "при отладке сначала прогнозирую маршрут". |
2 мин | Учитель объявляет домашнее задание: "Выполните обязательное задание, а затем выберите один повышающий или дополнительный вариант. Запишите не только команды, но и кратко объясните, где используется цикл или ветвление. Перед уходом ответьте на контрольные вопросы на доске." | Записывают домашнее задание, отвечают на вопросы: "Чем цикл отличается от ветвления? Как найти повторяющийся фрагмент? Зачем запускать алгоритм пошагово?" |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Сегодня вы научились сокращать повторяющиеся команды с помощью цикла и заставлять Робота выбирать действие с помощью ветвления. Ошибка в программе — не неудача, а информация для отладки. На следующем уроке мы усложним маршруты и потренируемся строить алгоритмы, устойчивые к изменению условий."
Критерии оценивания практической работы
- «5» — программа полностью выполняет выбранное задание, корректно использует цикл и, если требуется, ветвление; Робот достигает цели на контрольном поле, ученик объясняет логику алгоритма и самостоятельно исправляет ошибку.
- «4» — программа в основном выполняет задание, но содержит одну неточность в числе повторений, условии или порядке команд; ошибка исправлена после подсказки.
- «3» — программа запускается частично или требует существенной помощи; ученик правильно называет назначение цикла и ветвления, но допускает ошибки при их применении.
- Ниже отметки «3» — ученик не смог связать команды с маршрутом и не завершил проверку программы даже после совместного разбора.
Рефлексия
Вопрос для ученика | Цель вопроса |
|---|---|
Что нового вы узнали о цикле и ветвлении? | Проверка осознания различий между двумя алгоритмическими конструкциями. |
Какой момент в создании программы оказался самым сложным? | Выявление точек затруднения при проектировании и отладке алгоритма. |
На какой команде или условии вы нашли ошибку? | Диагностика умения пошагово анализировать выполнение программы. |
Какой уровень задания вы выбрали и почему? | Оценка самостоятельности, адекватности самооценки и мотивации к усложнению задачи. |
Завершающее слово учителя
"Сегодня вы работали как разработчики: сначала анализировали задачу, затем строили алгоритм, запускали его и исправляли ошибки. Мы выяснили, что цикл удобен для повторяющихся действий, а ветвление помогает Роботу реагировать на условие. Типичная ошибка — запускать программу без предварительного прогноза маршрута, поэтому всегда проверяйте команды по шагам. На следующем уроке мы продолжим создавать алгоритмы для более сложных полей и сравним разные способы решения одной задачи."
Домашнее задание
Уровень | Что задать | Зачем |
|---|---|---|
Базовый (обязательный) | Составить на бумаге и затем реализовать в среде Робот две программы: первую с циклом для прохождения маршрута из повторяющихся фрагментов, вторую с одним ветвлением для обхода стены. Для каждой программы записать ожидаемый маршрут. | Закрепляет различение цикла и ветвления; при проверке обратить внимание на соответствие команд маршруту и наличие объяснения условия. |
Средний (повышающий) | Создать программу для Робота, который проходит поле с двумя препятствиями, используя не менее одного цикла и двух проверок условий. Выполнить пошаговый запуск и записать одну найденную ошибку или указать, что ошибок не обнаружено. | Развивает применение конструкций в изменяющейся ситуации; при проверке оценить корректность условий и последовательность отладки. |
Продвинутый (дополнительный) | Разработать два разных алгоритма решения одной задачи: один с фиксированным числом повторений, другой с проверкой условия. Сравнить их по краткости, понятности и устойчивости к изменению длины маршрута. | Формирует умение оценивать и создавать алгоритмы; при проверке обратить внимание на аргументированное сравнение и осознанный выбор конструкции. |
Контрольные вопросы перед выходом: «В какой ситуации выбирают цикл?», «В какой ситуации необходимо ветвление?», «Что нужно сделать перед запуском программы?», «Как доказать, что алгоритм работает правильно?»
