Шаг в будущее. Развивающая программа “Черный ящик”

Развивающая программа “Черный ящик”

Исследовательская (творческая) работа на Челябинский

молодежный интеллектуальный форум “Шаг в будущее-Созвездие-HTTM”

(Секция 3.3 (3D) Программное обеспечение в образовании; компьютерные интеллектуальные разработки по конкурсу интеллектуалов “Таланты развитой памяти и логики” (ТРПЛ))

 Автор:

Ситникова Любовь Юрьевна,

г.Челябинск, МАОУ СОШ №153, 11 класс

Научный руководитель:

Рогов Андрей Юрьевич,

учитель информатики,

МАОУ СОШ №153

Челябинск – 2011

 

Введение

Моделирование – один из методов исследования, активно используемые человечеством. Многие объекты можно изучать только с помощью данного метода. Мы задались вопросом: “Что мы сможем смоделировать с помощью компьютера”? Сам по себе, компьютер представляет довольно богатый инструмент для моделирования. Недаром существует целый раздел науки, который так и называется, “Компьютерное моделирование”. Естественно, все возможности компьютера отразить в модели просто невозможно. Но одну из них – вполне осуществимая задача. В школьном курсе информатики есть раздел “Моделирование”, в рамках которого изучается модель “Черный ящик”.

Черный ящик – это система, в которой внешнему наблюдателю доступны лишь входные и выходные величины, а структура и внутренние процессы неизвестны.

Примерами “черного ящика” являются любая бытовая техника (телевизор, радиоприемник, газовая плита, утюг и т.д.), заводная игрушка, наручные часы, автомобиль. Не будет преувеличением сказать, что любая вещь, любой предмет, любое явление – любой познаваемый объект – всегда первоначально выступает как “черный ящик”.

Как уже было сказано, “черный ящик” – система, об устройстве которой мы ничего не знаем. Каким же образом можно ее обсуждать, изучать, исследовать? “Черный ящик” представляет систему только с одной стороны: взаимоотношение, связь между “входом” и “выходом”.

Каждая система исследуется путем постепенного изготовления длинного протокола, составленного в хронологическом порядке и показывающего последовательность состояния “входа” и “выхода”. В результате такого протокола мы знаем, какими “входами” экспериментатор манипулирует, что происходит при этом на “выходе”. Расширяя постепенно круг “вход – выход”, экспериментатор узнает поведение своего “подопечного”. И уже по мере знакомства с его поведением пытается раскрыть внутренние связи в “черном ящике”, его структуру.

Если представлять модель черного ящика в виде схемы, то будет выглядеть примерно так:

Черный ящик1

Такую систему довольно легко моделировать. Поэтому целью работы стало использование возможностей компьютера для создания программы, развивающей интеллектуальные способности пользователя.

 

Задачами работы являются:

  1. Сбор информации о методе моделирования “черного ящика”, возможности реализации на компьютере.

  2. Подбор необходимого числа алгоритмов, их представление с помощью языка программирования Pascal.

  3. Создание интерактивной программы с помощью среды разработки приложений для Windows – Lazarus.

  4. Определение возможных направлений применения программы, использование ее в одном из выбранных направлений.

Теоретическая часть

Алгоритмы и программное обеспечение, используемые для разработки программы

При сборе информации о методе моделирования “черного ящика, возможности реализации на компьютере нам большую помощь оказали школьные учебники информатики и материалы сети интернет. Подбор алгоритмов осуществлялся исходя из ограничений на их программирование. В качестве входных и выходных данных была использована информация двух видов: текстовая и числовая. Всего было подобрано 16 алгоритмов, распределенных следующим образом:

Простые:

1. +1

2. -3

3. *2

4. Сумма цифр числа

5. Запись в обратном порядке

6. Последний символ

7. Первый символ

8. Количество символов

Сложные:

1. *2+1

2. Х2 +1

3. 12/Х

4. Произведение цифр числа

5. Количество гласных

6. Количество согласных

7. Если четное, то +2, если нечетное, то +1

8. Количество символов -1

Для реализации проекта необходима была среда объектно-ориентированного программирования. В качестве основного языка программирования был выбран pascal, поскольку он изучался ранее, в школьном курсе информатики. Рассматривались две программы: BorlandDelphi и Lazarus. Первая имеет большое распространение, но, к сожалению, не является свободнораспространяемой. А вот Lazarus, напротив, хоть и обладает менее богатой функциональностью, может свободно использоваться для любых целей. Поэтому, выбор остановился именно на нем.

 

Исследовательская часть

Работа с программой “Черный ящик”

Первое окно, которое появляется при запуске программы – выбор уровня сложности. Для начала неплохо потренироваться на легком уровне сложности. Выполнение заданий здесь требует не более одного действия. На сложном уровне алгоритмы содержат два действия и являются более сложными для вычисления.

Черный ящик2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Основное рабочее окно программы одинаково для обоих уровней сложности. Оно содержит следующие основные элементы:

  1. Главное меню программы с пунктами “Файл” и “Справка”;
  2. Выпадающий список с возможностью выбора номера алгоритма;
  3. Основная рабочая панель: поле для ввода входного параметра, кнопка “Обработать” и поле, где отображается результат выполнения алгоритма;
  4. Окно, в котором отображается ход исследования с указанием всех входов и выходов;
  5. Кнопка “Экзамен”;
  6. Кнопка “Выход из программы”.

Черный ящик3

Программа имеет следующий принцип работы. В нее заложены алгоритмы, программа по ним обрабатывает все данные, что вводит пользователь, задача которого – определить, по какому именно алгоритму работает программа.

Работа с программой строится в следующем порядке:

  1. Выбор уровня сложности. Рекомендуется начинать с легкого. После того, как вычислены все алгоритмы легкого, можно переходить к сложным.

  2. В основном окне программы выбрать нужный номер алгоритма из выпадающего списка. Каждый алгоритм имеет свой номер, который не меняется от запуска к запуску.

  3. Определить, с какими данными работает алгоритм (числа или текст). При этом нужно учитывать, что числа можно также представить и как последовательность символов. Для проверки можно попробовать ввести в поле “Ввод” как текст, так и число (Следует учесть, что программа корректно работает только с буквами английского алфавита. И алгоритмы настроены на работу именно с этим алфавитом). После нажатия на кнопку “Обработать” в поле “Результат” появится значение, полученное в результате выполнения алгоритма над входным параметром. При этом и вход, и результат заносятся в таблицу справа, где будут отображаться все действия, выполненные пользователем.

  4. Определить, какой именно алгоритм выполняет программа. Для этого необходимо вводить данные и их обрабатывать, пока закономерность не станет достаточно обоснованной. После этого можно приступить к экзамену.

  5. Нажатие на кнопку экзамен позволяет перейти к разделу программы, проверяющей на правильность отгаданный пользователем алгоритм.

В данном разделе Вам предлагается применить полученный алгоритм к пяти входным данным, перечисленным слева. Вводить результаты необходимо в соответствующие поля справа. На выполнение действий отводится ровно одна минута, по истечении которой будет произведена проверка введенных ответов и выдан результат. Если Вы закончили выполнять действия раньше, можно нажать на кнопку “ОК”.

В зависимости от полученного результата, можно либо перейти к следующему алгоритму, либо, если текущий алгоритм не был определен, попробовать другие входные параметры.

Задания, выдающиеся на экзамене, различны каждый раз. Таким образом, исключена возможность вычисления ответов в основном окне программы. Необходимость введения экзамена вызвана тем фактом, что другим способом проверить правильность предположения пользователя довольно затруднена из-за свободной формулировки некоторых алгоритмов.

Основное окно программы содержит справочную информацию, найти которую можно выбрав пункт “Справка” из главного меню программы.

Вывод

Для созданного продукта можно найти несколько применений, например, использование на уроках информатики для изучения темы “Моделирование”, развитие логических способностей учащихся начальной школы и среднего звена, проведение соревнований между учащимися, ну и, наконец, любой желающий может использовать данную программу дома в удобное для него время.

Список литературы

  1. А. Я. Архангельский, Программирование в Delphi 7 — М.: Бином-Пресс, 2003
  2. Л.Л. Босова, Информатика и ИКТ: учебник для 7 класса — 2-е изд. — М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2010. —229 с.

  3. Л.А Залогова, М.А. Плаксин, С.В. Русаков и др. Под ред. И.Г. Семакина, Е.К. Хеннера: Том 2.— 4 изд. — М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2007, — 294 с.

  4. Н.Д. Угринович, Информатика и ИКТ. Профильный уровень: учебник для 11 класса — 3-е изд., испр. — М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2008. — 387 с.

  5. http://progbook.ru
  6. http://flowtechengineers.com
  7. http://www.delphisources.ru
  8. http://freepascal.ru

 

Приложение можно скачать здесь.

Ответить

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.