Загрузка
UP

Методичка для преподавателя информатики

12 класс, 1-я четверть (8 уроков)

Темы:

  1. Алгоритмы и структуры данных: углубленное изучение алгоритмов на графах (алгоритмы Флойда-Уоршелла, Прима), комбинаторика, теоретические основы вычислительных систем (Тьюринг-машины, NP-полные задачи).
  2. Программирование: создание сложных программных продуктов с использованием продвинутых технологий (фреймворков, шаблонов проектирования), параллельное и асинхронное программирование.
  3. Архитектура программных систем: разработка и проектирование программных систем, анализ требований, использование UML для проектирования систем, работа с паттернами проектирования.

Урок 1: Алгоритмы на графах — Алгоритм Флойда-Уоршелла

Цель:
Изучить алгоритм Флойда-Уоршелла для поиска кратчайших путей между всеми вершинами графа.

План урока:

  1. Введение в алгоритмы на графах (15 мин).
    • Обзор основных типов графов.
    • Применение алгоритмов поиска кратчайшего пути.
  2. Алгоритм Флойда-Уоршелла (20 мин).
    • Теоретическая основа.
    • Разбор псевдокода и примеры использования.
  3. Практическая работа (20 мин).
    • Написание программы, реализующей алгоритм Флойда-Уоршелла.
    • Тестирование на примерах с различными графами.

Домашнее задание:
Закончить программу, реализующую алгоритм, подготовить отчет с анализом времени выполнения алгоритма для разных графов.

Урок 2: Алгоритм Прима для поиска минимального остова

Цель:
Изучить алгоритм Прима для поиска минимального остова в графах.

План урока:

  1. Введение в минимальные остовы (10 мин).
    • Определение минимального остова.
    • Примеры задач, решаемых с помощью этого алгоритма.
  2. Алгоритм Прима (20 мин).
    • Описание и разбор псевдокода.
    • Время выполнения и особенности реализации.
  3. Практическая работа (20 мин).
    • Реализация алгоритма Прима.
    • Тестирование программы на разных графах.

Домашнее задание:
Реализовать алгоритм Прима, написать код для визуализации процесса поиска минимального остова.

Урок 3: Теоретические основы вычислительных систем — Тьюринг-машины

Цель:
Изучить концепцию Тьюринг-машин и их применение в теории вычислений.

План урока:

  1. Тьюринг-машины: концепция и теория (20 мин).
    • Что такое Тьюринг-машина.
    • Примеры задач, решаемых с помощью Тьюринг-машин.
    • Определение вычислимых функций.
  2. Тьюринг-машины на практике (15 мин).
    • Разработка и моделирование Тьюринг-машин для простых задач.
    • Оценка вычислительной мощности и ограничений.

Домашнее задание:
Разработать модель Тьюринг-машины для решения простой задачи (например, для суммирования двух чисел), подготовить отчет о результатах работы.

Урок 4: NP-полные задачи и комбинаторика

Цель:
Познакомить с теорией NP-полных задач и основами комбинаторики.

План урока:

  1. Введение в NP-полные задачи (15 мин).
    • Что такое NP-полные задачи и примеры NP-полных задач (например, задача о рюкзаке, SAT).
    • Основные концепции сложности вычислений.
  2. Комбинаторика (15 мин).
    • Основные комбинаторные методы (перестановки, сочетания, размещения).
    • Применение комбинаторики в вычислительных задачах.
  3. Практическая работа (15 мин).
    • Решение задач по комбинаторике и сложным NP-полным задачам.

Домашнее задание:
Решить несколько задач на комбинаторику и разработать программу для решения задачи о рюкзаке методом полного перебора.

Урок 5: Параллельное и асинхронное программирование

Цель:
Изучить основы параллельного и асинхронного программирования.

План урока:

  1. Параллельное программирование (15 мин).
    • Основные концепции (потоки, процессы).
    • Пример параллельной обработки данных.
  2. Асинхронное программирование (15 мин).
    • Применение асинхронных операций в программировании (работа с веб-запросами, обработка больших данных).
    • Пример асинхронного программирования на Python или JavaScript.
  3. Практическая работа (20 мин).
    • Реализация программы с использованием параллельного или асинхронного подхода.
    • Тестирование программы на реальных данных.

Домашнее задание:
Подготовить программу, использующую асинхронное выполнение операций, и провести сравнительный анализ скорости выполнения по сравнению с синхронной программой.

Урок 6: Шаблоны проектирования

Цель:
Познакомить учеников с основными шаблонами проектирования программных систем.

План урока:

  1. Основы шаблонов проектирования (15 мин).
    • Одиночка (Singleton), Фабрика (Factory), Наблюдатель (Observer).
    • Примеры использования и реализация на практике.
  2. Применение шаблонов проектирования (15 мин).
    • Обсуждение реальных примеров, где применяются шаблоны.
    • Разбор кода с использованием различных паттернов.
  3. Практическая работа (20 мин).
    • Реализация программы с использованием одного из шаблонов проектирования.
    • Анализ преимуществ использования шаблона в реальных проектах.

Домашнее задание:
Выбрать несколько шаблонов и создать небольшие программы, демонстрирующие их применение.

Урок 7: UML-диаграммы для проектирования программных систем

Цель:
Научить создавать UML-диаграммы для моделирования программных систем.

План урока:

  1. Основные типы UML-диаграмм (15 мин).
    • Диаграммы классов, диаграммы последовательностей, диаграммы состояний.
    • Обзор основных элементов и правил построения.
  2. Практическая работа (25 мин).
    • Моделирование простой системы с помощью UML-диаграмм.
    • Создание диаграмм классов для небольшого программного проекта.

Домашнее задание:
Создать UML-диаграмму для собственного проекта или задачи, предложенной учителем.

Урок 8: Архитектура программных систем и анализ требований

Цель:
Изучить процессы проектирования и анализа требований при разработке программных систем.

План урока:

  1. Анализ требований (15 мин).
    • Как правильно анализировать и собирать требования от заказчиков.
    • Примеры типичных ошибок при формулировании требований.
  2. Архитектура программных систем (15 мин).
    • Принципы построения архитектуры программной системы (модульность, гибкость, масштабируемость).
    • Обсуждение современных архитектурных подходов (микросервисы, монолит).
  3. Практическая работа (20 мин).
    • Проектирование архитектуры простой системы на основе данных требований.
    • Построение архитектурной диаграммы.

Домашнее задание:
Подготовить проект архитектуры программной системы для заданного сценария, используя принципы модульности и гибкости.

Эта методичка поможет старшеклассникам углубить свои знания в области алгоритмов, программирования и архитектуры программных систем, а также подготовить их к разработке сложных программных продуктов и решению задач высокого уровня сложности.