Междисциплинарный подход к обучению: интеграция информатики, математики и физики через основы алгоритмизации и программирования в основной школе



В статье рассматривается междисциплинарный подход обучения информатике в 8 классе. В результате анализ учебника делается вывод о том, что изучение разделов «Основы алгоритмизации» и «Начала программирования на языке Паскаль» необходимо дополнить задачами межпредметной направленность. Авторы предлагают задачи, связанные с алгеброй, геометрией, вероятностью и статистикой, а также физикой.

Ключевые слова: информатика, межпредметные связи, основы алгоритмизации, программирование, PascalABC.NET

The article discusses an interdisciplinary approach to teaching computer science in 8th grade. As a result, the analysis of the textbook concludes that the study of the sections «Fundamentals of algorithmization» and «The beginning of programming in the Pascal language» needs to be supplemented with interdisciplinary tasks. The authors propose problems related to algebra, geometry, probability and statistics, as well as physics.

Keywords: computer science, interdisciplinary communications, fundamentals of algorithmization, programming, PascalABC.NET

Одной из целей изучения информатики на уровне основного общего образования [11] является обеспечение условий, способствующих развитию алгоритмического мышления, необходимого для профессиональной деятельности в современном информационном обществе.

Многие предметные знания и способы деятельности, освоенные обучающимися при изучении информатики, находят применение как в рамках образовательного процесса при изучении других предметных областей, так и в иных жизненных ситуациях, то есть ориентированы на формирование метапредметных и личностных результатов обучения.

Рассмотрим реализацию межпредметных связей на примере изучения раздела «Алгоритмизация и программирование» в 8 классе. Многие ученики полагают, что темы, связанные с алгоритмизацией и программированием в информатике не столь важны и необходимы, также они считают этот раздел довольно сложным и неинтересным.

В связи с этим учителя используют всевозможные методы и инструменты для формирования познавательного интереса, в том числе и демонстрацию практического применения полученных знаний. Поэтому при выборе задач и способов их решения важно обращать внимание на то, что они должны быть не слишком сложными и понятными для учащихся, а также разнообразными по содержанию.

В учебнике Босовой Л. Л. [2], входящего в Федеральный перечень учебников [12], содержатся задания межпредметной направленности, которые отмечены специальным навигационным значком. Далее проанализируем данные задания на предмет выявления знаний, которые нужны для их решения, а также рассмотрим, в каких темах календарно-тематического планирования они содержатся (см. Таблица 1).

Таблица 1

Тема	Параграф, номер задания	Предметная направленность, класс	Знания, необходимые для решения
Основы алгоритмизации
Свойства алгоритма. Способы записи алгоритма	§3.2, № 3	Математика 5 [3]	Нахождение НОК
	§3.2, № 6	Геометрия 7 [1]	Построение окружности заданного радиуса через 2 заданные точки
Алгоритмическая конструкция «ветвление»: полная и неполная формы	§3.5, № 4	Геометрия 7 [1]	Признак существования треугольника
	§3.5, № 5	Геометрия 7 [1]	Определение вида треугольника
	§3.5, № 12	Геометрия 9 [1]	Нахождение расстояния от точки до начала координат
	§3.5, № 14	Алгебра 7 [6]	Алгоритм решения линейного уравнения
Алгоритмическая конструкция «повторение»	§3.6, № 6	Математика 6 [4]	Проценты
	§3.6, № 7	Биология 6 [9]	Деление клетки
	§3.6, № 15	Математика 6 [4]	Проценты
	§3.6, № 16	Биология 5 [8]	Количество бактерий
Начала программирования на языке Паскаль
Переменные. Оператор присваивания	§4.1, № 9	Алгебра 8 [7]	Функция y=x2
	§4.2, № 8	Математика 6 [4]	Площадь и периметр прямоугольника Длина окружности и площадь круга
Программирование линейных алгоритмов	§4.3, № 1	Геометрия 8 [1]	Формула Герона
	§4.3, № 2	Алгебра 7 [6]	Вынесение общего множителя за скобки
	§4.3, № 3	Геометрия 9 [1]	Расстояние между точками
	§4.3, № 4	Геометрия 8 [1]	Формула Герона
	§4.3, № 5	Геометрия 9 [1]	Площадь треугольника по координатам
	§4.3, № 9	Математика 5 [3]	Разряды натурального числа
	§4.3, № 18	Математика 6 [4]	Признаки делимости
		Геометрия 7 [1]	Разносторонний треугольник
Разработка программ, содержащих оператор ветвления	§4.4, Пример 4,5	Алгебра 8 [7]	Решение квадратного уравнения
	§4.4, № 4	Геометрия 9 [1]	Расстояние от точки до начала координат
	§4.4, № 10	Геометрия 7 [1]	Неравенство треугольника
Цикл с условием	§4.5, № 3	Математика 5 [3]	Факториал
Цикл с переменной	§4.5, № 12	Математика 5 [3]	Разряды натурального числа
		Математика 6 [4]	Признаки делимости

Таким образом, учебник Босовой Л. Л. [2] предоставляет множество задач, которые охватывают различные предметы и темы. Перечисленные упражнения связаны с такими предметами как математика, алгебра, геометрия и биология. Межпредметная направленность заданий способствует формированию гибкого мышления и способности видеть связи между разными дисциплинами.

Но для решения некоторых заданий ученики не обладают достаточным количеством знаний в 8 классе. К таким упражнениям относятся № 12 из §3.5, № 5 из §4.3 и № 4 из §4.4 [2]. Данный материал изучается в курсе геометрии 9 класса [1]. Несмотря на то, что в учебнике даны подсказки для решения, у учеников могут возникнуть затруднения с пониманием сути задач, так как у них нет определенного представления о данной математической модели. Кроме того, затруднение может вызывать № 6 из §3.2 [2], данное задание находится в разделе дополнительных задач повышенного уровня в учебнике геометрии 7 класса [1].

Ниже мы предлагаем несколько задач с решением, которыми можно дополнить изучение информатики в 8 классе. Данные задачи связаны с такими школьными предметами как алгебра, геометрия, а также физика [10] и ВиС (вероятность и статистика) [5], который был введен в 2023 году.

Первые три задачи относятся к разделу «Основы алгоритмизации». Задача 1 (математика) и Задача 2 (физика) решаются с помощью конструкции «следование», а при решении Задачи 3 (вероятность и статистика) используется конструкция «ветвление».

Задача 1. Длина стены ( a ) равна 3 м, ширина ( b ) — 5,7 м и высота ( h ) — 2,5 м. Напишите алгоритм нахождения площади стен комнаты.

Решение:

a:= 3

b:=5,7

h:=2,5

s:= 2*(a*h + b*h)

Задача 2. Известно, что самолет пролетел 36 километров за 30 минут. Напишите алгоритм нахождения скорости самолета. Ответ выразить в СИ (Международная система единиц).

Решение:

s:= 36*1000

t:= 30*60

v:= s / t

Задача 3. Напишите алгоритм нахождения медианы числового массива, упорядоченного по возрастанию [5, c.36].

Решение:

алг нахождение медианы числового массива, упорядоченного по возрастанию

если нечетное количество чисел

то число, стоящее посередине

иначе среднее арифметическое двух чисел, стоящих посередине

все

Далее рассмотрим задачи, которые можно предложить учащимся при изучении раздела «Начала программирования на языке Паскаль». Задача 4 (физика) и Задача 5 (физика) будут актуальны при изучении темы «Переменные. Оператор присваивания». В рамках изучения темы «Программирование линейных алгоритмов» можно рассмотреть Задачу 6 (вероятность и статистика) и Задачу 7 (физика) . При изучении темы «Разработка программ, содержащих оператор ветвления» можно использовать Задачу 8, условие которой связано с геометрией. Задача 9(вероятность и статистика) решается с помощью «Цикла с условием».

Задача 4. Запишите оператор для перевода температуры по шкале Цельсия (tc) в шкалу Кельвина (tk) [10, c. 18].

Решение:

tk:= tc+273

Задача 5. Запишите оператор для нахождения удельной теплоемкости вещества [10, c. 41].

Решение:

c:=Q/(m*(t2 — t1))

Задача 6. В коробке находятся 5 красных, 7 зелёных и 2 синих кубика. Разработайте программу для нахождения вероятности того, что вытащат зелёный кубик [5, с.146].

Решение:

begin

var m:= 7;

var n:= 5+7+2;

Print(m/n)

end.

Задача 7. Разработайте, отладьте и протестируйте программу для перевода времени в виде количества часов, минут и секунд в СИ.

Решение:

begin

var h:= ReadReal('Введите количество часов: ');

var m:= ReadReal('Введите количество минут: ');

var s:= ReadReal('Введите количество секунд: ');

Print(h*3600+m*60+s)

end.

Задача 8. Разработайте, отладьте и протестируйте программу, которая запрашивает у пользователя величины известных сторон в прямоугольном треугольнике, неизвестную сторону просит обозначить 0, и после вычисляет ее по теореме Пифагора [1, с.152].

Решение:

begin

var a:= ReadReal('Введите катет: ');

var b:= ReadReal('Введите катет: ');

var c:= ReadReal('Введите гипотенузу: ');

var x:=

if a=0 then sqrt(c**2 — b**2)

else if b=0 then sqrt(c**2 — a**2)

else sqrt(a**2 + b**2);

Print(x)

end.

Задача 9. Разработайте, отладьте и протестируйте программу для нахождения среднего арифметического значения всех введенных пользователем целых чисел, ограниченные нулем [5, c. 32].

Решение:

begin

var n:= ReadInteger('Введите числа для нахождения среднего арифметического, 0 — стоп');

var s:= 0;

var a:= 0;

while n<>0 do

begin

s+=n;

a+=1;

n:= ReadInteger

end;

Print(s/a)

end.

Задачи 4–9 также можно использовать при изучение начал языка программирования Python.

Таким образом, информатика очень тесно связана с различными школьными предметами. При проведении уроков эту связь необходимо демонстрировать с помощью решения задач межпредметной направленности. Реализация такого подхода поможет повысить интерес к изучению информатики, развить критическое мышление и умение решать сложные задачи.

Литература:

1. Атанасян Л. С. Математика. Геометрия: 7–9-е классы: базовый уровень учебник / Л. С. Атанасян, В. Ф. Бутузов, С. Б. Кадомцев [и др.]. 14-е изд., перераб. — М.: Просвещение, 2023. 417 с.
2. Босова Л. Л. Информатика: 8-й класс: базовый уровень: учебник / Л. Л. Босова, А. Ю. Босова. 5-е изд., перераб. — М.: Просвещение, 2023. 273 с.
3. Виленкин Н. Я. Математика: 5-й класс: базовый уровень: учебник: в 2 частях / Н. Я. Виленкин, В. И. Жохов, А. С. Чесноков [и др.].3-е изд., перераб. — М.: Просвещение, 2023. 174 с.
4. Виленкин Н. Я. Математика: 6-й класс: базовый уровень: в 2 частях / Н. Я. Виленкин, В. И. Жохов, А. С. Чесноков [и др.].3-е изд., перераб. — М.: Просвещение, 2023. 161 с.
5. Высоцкий И. Р. Вероятность и статистика: 7–9 классы: базовый уровень: в 2 частях / И. Р. Высоцкий, И. В. Ященко; под ред. И. В. Ященко. — М.: Просвещение, 2023. 177 с.
6. Макарычев Ю. Н. Математика. Алгебра: 7-й класс: базовый уровень / Ю. Н. Макарычев, Н. Г. Миндюк, К. И. Нешков, C. Б. Суворова; под ред. С. А. Теляковского. 16-е изд., перераб. — М.: Просвещение, 2023. 257 с.
7. Макарычев Ю. Н. Математика. Алгебра: 8-й класс: базовый уровень / Ю. Н. Макарычев, Н. Г. Миндюк, К. И. Нешков, C. Б. Суворова; под ред. С. А. Теляковского. 16-е изд., перераб. — М.: Просвещение, 2023. 320 с.
8. Пасечник В. В. Биология: 5-й класс: базовый уровень / В. В. Пасечник, С. В. Суматохин, З. Г. Гапонюк, Г. Г. Швецов; под ред. В. В. Пасечника. — М.: Просвещение, 2023. 161 с.
9. Пасечник В. В. Биология: 6-й класс: базовый уровень / В. В. Пасечник, С. В. Суматохин, З. Г. Гапонюк, Г. Г. Швецов;под ред. В. В. Пасечника. — М.: Просвещение, 2023. 162 с.
10. Перышкин И. М. Физика: 8-й класс: базовый уровень / И. М. Перышкин, А. И. Иванов. 3-е изд. перераб — М.: Просвещение, 2023. 255 с.
11. Федеральная образовательная программа основного общего образования. Приказ № 370 от 18.05.2023. [Электронный ресурс]. URL: https://static.edsoo.ru/projects/fop/index.html#/sections/2 (дата обращения: 28.08.2024.)
12. Федеральный перечень учебников. Приказ № 556 от 21.07.2023. [Электронный ресурс]. URL: https://minjust.consultant.ru/special/documents/document/48630?items=1&page=1 (дата обращения: 28.08.2024.)