אלגוריתמים בסיסיים – הוראה ומימוש בסביבת תבל

ד"ר דלית לוי

מגוון – מחקר ופיתוח בהוראת מדעי המחשב

הוראת הטכנולוגיה והמדעים, טכניון

dality@tx.technion.ac.il

 

הסדנה תעסוק בנושאים מתוך התקופה החמישית והאחרונה של יחידת הלימוד "מבוא למדעי המחשב בסביבת תבל" (1 יח"ל) ותציג את סביבת הלמידה החדשה שפותחה לצורך הוראת נושאים אלה.

הסדנה מיועדת לכלל מורי מדעי המחשב (גם מורים ל- 3 יח"ל או מורים בחט"ב).

אין צורך בהכרות קודמת עם "תבל".

 

יחידת הלימוד "מבוא למדעי המחשב בסביבת תבל" (1 יח"ל) כוללת חמש תקופות, כאשר בכל תקופה מושם דגש על מושג מרכזי אחד במדעי המחשב (למעט התקופה השנייה, שבה מוצגים שני מושגים מרכזיים – הליכים ולולאות). שתי התקופות האחרונות של היחידה עוסקות במשתנים (בתקופה הרביעית) ובאלגוריתמים בסיסיים (בתקופה החמישית). ארבעת האלגוריתמים הבסיסיים הנלמדים בתקופה החמישית הם: סכום, ממוצע, מנייה/צבירה מותנית ומקסימום/מינימום. אלגוריתמים אלה נבחרו בקפידה כך שיכילו את המרכיבים האופייניים (איתחול, לולאה לקליטת נתונים, עדכון ערכי משתנים צוברים/מונים), ובה בעת יתאימו לרמת המורכבות הבסיסית של תכניות המחשב בהן עוסקים תלמידי 1 יח"ל במדעי המחשב. במהלך התקופה החמישית נערכת גם הכרות ראשונה עם הוראת התנאי אשר שילובה באלגוריתמים מעשיר את אוסף המשימות שבהן ניתן לטפל.

מטרות התקופה החמישית הן:

א.     התלמידים יסווגו משימות נתונות על פי התבנית התכנותית המתאימה: סכום, ממוצע, מנייה מותנית, צבירה מותנית ומקסימום (או מינימום).

ב.     התלמידים יכירו את המבנה התחבירי של הוראת התנאי.

ג.      התלמידים יתנסו בתכנות הליכים עם הוראות תנאי ויוכלו לתקן שגיאות נפוצות בהליכים כאלה.

ד.     התלמידים יוכלו לבצע הרצה יבשה של תוכניות הכתובות על פי אחת מהתבניות התכנותיות הנלמדות בתקופה החמישית, ולמלא טבלת מעקב אחר תוכניות כאלה.

ה.     התלמידים ידעו כיצד לתכנת בסביבת תבל משימות המחייבות שימוש בתבניות התכנותיות הנלמדות בתקופה החמישית. התוכניות יהיו מורכבות מהליך ראשי אשר מכיל לולאת חזור ובה הפעלה של תת-הליך לקליטת נתונים.

 

כדי להגשים את המטרות הללו, ההכרות עם האלגוריתמים מתבצעת בגישה של שימוש בתבניות תכנותיות בסיסיות, והלמידה מתבססת על התנסות במחשב בהדרכת מעבדות ממוחשבות בעברית בסביבת "תבל" שפותחו במיוחד עבור תלמידי היחידה.

 

התקופה נפתחת עם שני אלגוריתמים לא מותנים: סכום וממוצע. במעבדה הממוחשבת הראשונה של התקופה החמישית (מעבדה 14) מומחשים שני אלגוריתמים אלה באופן ויזואלי באמצעות הרצה של תוכניות מוכנות הכתובות על פי האלגוריתמים של סכום וממוצע וניתוח של התוכניות המוכנות. המעבדה השנייה (מעבדה 15) עוסקת אף היא באלגוריתמים של סכום וממוצע. המעבדה נפתחת בתרגילים שמטרתם זיהוי המשימות החישוביות שאלגוריתמים של סכום וממוצע מתאימים להן. לאחר מכן בונים התלמידים, בהדרכת דפי עבודה, את התבנית התכנותית המתאימה למשימות של סכום ואת התבנית המתאימה למשימות של חישוב ממוצע. התבניות מנוסחות בעברית, ומאחר שגם התכניות בסביבת תבל נכתבות בעברית, התרגום מתבנית תכנותית לתכנית מחשב הוא מיידי. לבסוף כותבים התלמידים בעצמם תוכניות על פי התבניות הכלליות שנבנו במהלך המעבדה.

 

גם שתי המעבדות הנוספות בתקופה החמישית בנויות על פי המתכונת של המחשה ויזואלית של האלגוריתמים ולאחריה תרגול מונחה דפי עבודה. מעבדות אלה עוסקות באלגוריתמים מותנים. מעבדה 16 מציגה תוכניות מוכנות לביצוע משימות של מנייה מותנית, צבירה מותנית וחישוב מקסימום. בתוך כך מוצגת גם הוראת התנאי. מעבדה 17 בנויה במתכונת דומה למעבדה 15: זיהוי משימות חישוביות שאלגוריתמים מותנים של מנייה, צבירה ומקסימום מתאימים להן; בניית התבניות התכנותיות בעברית; וכתיבה בפועל של תוכניות מחשב על פי תבניות אלה.

 

האלגוריתמים הבסיסיים הנלמדים בתקופה החמישית, משלבים את הנושאים השונים שנלמדו במהלך היחידה "מבוא למדעי המחשב בסביבת תבל" ומהווים לפיכך מעין סיכום של כל יחידת הלימוד. בחינת הבגרות כוללת בדרך כלל שאלה אחת שבה יש לכתוב תוכנית על פי אחד מארבעת האלגוריתמים הנלמדים בתקופה החמישית, ולכן חשוב שתלמידי היחידה הניגשים לבחינת הבגרות יכירו ויתרגלו את כולם.

בסדנה יוצגו השיקולים הדידקטיים לפיתוח המעבדות הממוחשבות ודפי העבודה עבור התקופה החמישית, והמשתתפים יוכלו להתנסות בעצמם בשימוש בחומרי לימוד אלה. מכיוון שהאלגוריתמים הבסיסיים בפרט והנושא אלגוריתמיקה בכלל הם במרכז הדיסציפלינה של מדעי המחשב, הגישה הדידקטית שפותחה בסביבת "תבל" עשויה להתאים גם לתלמידי מדעי המחשב בסביבות אחרות. לפיכך נבחן בסיום הסדנה את אפשרויות השימוש בחומרי הלימוד של התקופה החמישית גם בכיתות שלומדות מדעי המחשב בסביבות פיתוח אחרות (לאו דווקא בסביבת "תבל") ובהיקפים שונים (לאו דווקא 1 יח"ל).

 

לאתר המרכז

לכנס תשס"ד

חזרה