Программирование на языках высокого уровня

Планируемые результаты обучения (Знать, Уметь, Владеть)	Целью освоения дисциплины является формирование у студентов понимания общих принципов использования языков высокого уровня Результаты обучения: обучающийся понимает и умеет использовать базовые конструкции языков программирования высокого уровня Знать основные типы данных, их особенности основы функционального и объектно-ориентированного программирования; особенности реализации программ на языках различных типов ; Уметь выбирать наиболее подходящий способ программирования; выполнять стандартные операции над данными различного типа; писать программу разными способами - с использованием процедурного, функционального, объектно-ориентированного подходов структурировать программы; работать с файлами (создавать, записывать, считывать) использовать стандартные модули и библиотеки для работы с данными, текстами, временем находить ошибки, улучшать код, документировать программу Владеть навыками совмещения нескольких языков высокого уровня навыками совместной деятельности в среде Semantic MediaWiki
Содержание разделов курса	Языки высокого уровня. Типология языков Стандартные типы данных Концепции программирования. Распространённые языковые конструкции Контейнеры для хранения данных. Функциональное программирование. Функции высшего порядка Объектно-ориентированное программирование Визуальное программирование Алгоритмы поиска и сортировки в разных языках Модули и библиотеки Работа с данными. Среда выращивания данных и анализа данных. Работа с медиа. Программирование игр и программирование внутри игр.
Видео запись
Среды и средства, которые поддерживают учебный курс	Snap!, Python, PHP, Semantic MediaWiki, Lisp, Lua, R, JavaScript
Книги, на которых основывается учебный курс	The Wiki Way: Quick Collaboration on the Web, Стили и методы программирования, Structure and Interpretation of Computer Programs, Simply Scheme: Introducing Computer Science

1. Связать курс Программирование на языках высокого уровня и репозиторий МЭШ
   1. Сообщество МЭШ
   2. Взаимное копирование МЭШ (датасет)

Для магистрантов

• Категория:ПБД221м
• Категория:РМП221м

Содержание разделов дисциплины

Введение

Авторы и книги, которые оказали влияние на курс

	Description	Environment
Cunningham	Ward Cunningham - программист и создатель первой wiki https://wiki.c2.com/?InformalHistoryOfProgrammingIdeas	Smalltalk Semantic MediaWiki Экстремальное программирование
DiSessa	Some of his notable work in Education research focuses on the concept of material intelligence and computational literacy, and ontological innovations and the role of theory in design based research.	Лого Boxer
Epstein	Epstein Joshua - Профессор эпидемиологии в Школе глобального общественного здравоохранения Нью-Йоркского университета; директор-основатель Лаборатории агентного моделирования Нью-Йоркского университета, аффилированной с Курантовским институтом математических наук. Джошуа Эпштейн – автор всемирно признанных и уже ставших классическими книг по агентному моделированию - «Growing artificial societies: Social science from the bottom up», «Agent_Zero: Toward Neurocognitive Foundations for Generative Social Science» и др., в прошлом веке развивал теорию клеточных автоматов и эволюционным путем разработал методологию моделирования социальных и экономических процессов с применением агент-ориентированного подхода. Являясь пионером в этой сфере, в 2006 г. совместно с Джоном Паркером разработал крупнейшую в мире агент-ориентированную модель, включающую в себя все население планеты, которая неоднократно использовалась для оценки скорости распространения эпидемий различных заболеваний.	Growing Artificial Societies: Social Science From the Bottom Up (Complex Adaptive Systems)
Gee	Джеймс Джи американский исследователь в области психолингвистики, анализа дискурса, социолингвистики , двуязычного образования, вычислительной и игровой грамотности	Gamestar Mechanic
Hal Abelson	Гарольд (Хэл) Абельсон профессор электротехники и компьютерных наук в Массачусетском технологическом институте, член Института инженеров электротехники и электроники, и директор-основатель Creative Commons и Free Software Foundation.	Лого App Inventor Boxer Scheme Structure and Interpretation of Computer Programs Turtle Geometry: The Computer as a Medium for Exploring Mathematics Blown to Bits
Harvey	Brian Harvey - Математик, программист, лектор, автор нескольких книг по обучению программированию. Автор UCB Logo, Snap!	Scratch Snap! Лого Scheme UCB Logo
Kay	Алан Кёртис Кэй (англ. Alan Curtis Kay; 17 мая 1940) — американский учёный в области теории вычислительных систем. Один из пионеров в областях объектно-ориентированного программирования и графического интерфейса. Также известен благодаря высказыванию «лучший способ спрогнозировать будущее — изобрести его». Президент исследовательского института Вьюпоинта, адъюнкт-профессор информатики в Калифорнийском университете.	Scratch Squeak Smalltalk Dynabook
Lieberman	Henry Lieberman американский ученый в области информатики, языков программирования и искусственного интеллекта.	Snap! Using Prototypical Objects to Implement Shared Behavior in Object Oriented Systems
Minsky	Ма́рвин Ли Ми́нский — американский учёный в области искусственного интеллекта, сооснователь Лаборатории искусственного интеллекта в Массачусетском технологическом институте.	Scratch Лого Wolfram
Norman	Дон Норман - Norman - специалист по организации деятельности, психологии и дизайну. Автор книги Дизайн повседневных вещей	The Design of Everyday Things
Papert	Симур Паперт (Пейперт) — выдающийся математик, программист, психолог и педагог, создатель конструкционизма и языка Лого, один из основоположников теории искусственного интеллекта,	Scratch Лого Lego Mindstorms
Repenning	Исследователь, профессор в области компьютерных наук и образования. Создатель первых блочных обучающих сред	Вычислительное мышление Agentsheets AgentCubes
Resnick	Митчел Резник - профессор MIT Media Lab, создатель сред обучения программированию - StarLogo, Scratch	Scratch Lego Mindstorms StarLogo
Smaldino	Associate Professor of Cognitive & Information Sciences and faculty in the Quantitative and Systems Biology graduate program at UC Merced, where I am also affiliated with the Center for Analytic Political Engagement and the Center for Interdisciplinary Neuroscience. External Professor at the Santa Fe	NetLogo R RStudio Shiny
Wenger	Теоретик в области обучения, известный по работам в области ситуативного обучения и сообщества практики	Communities of Practice
Wickham	Hadley Wickham - разработчик библиотек и автор книг по R, Shiny и анализу данных. His work includes the data visualisation system ggplot2 and the tidyverse, a collection of R packages for data science based on the concept of tidy data.	R RStudio Shiny
Wilensky	Wilensky - Ури Виленски - математик, педагог и программист, создатель языка NetLogo. Профессор в Северо-Западный университете — Чикаго.	NetLogo StarLogo Nova
Вольфрам, Стивен	Стивен Вольфрам (англ. Stephen Wolfram, род. 29 августа 1959, Лондон) — британский физик, математик, программист и писатель. Разработчик системы компьютерной алгебры Mathematica и системы извлечения знаний WolframAlpha.	Wolfram A new kind of science WolframAlpha SMP
Гибсон	Гибсон, Джеймс Джером — американский психолог, считающийся одним из известнейших когнитивных психологов в области зрительного восприятия XX века. Согласно теории прямого восприятия Гибсона, восприятие может быть сведено к потокам информации в рецепторах органов чувств, отражающими также и контекст чувственного опыта. Среда и сопровождающая перцепцию активность субъекта в достаточной степени структурируют стимульную информацию. Стимульная информация чувственного опыта и комплексные процессы восприятия не опосредуется никакими другими более высокого уровня когнитивными процессами, процессами происходящими в головном мозге. Свой новый подход Гибсон назвал экологической психологией.	Экологический подход к зрительному восприятию
Иллич	Иван Иллич — американо-мексиканский богослов, педагог, философ, социальный критик смешанного хорватско-еврейского происхождения	Дружественные средства
Кушниренко	Анато́лий Гео́ргиевич Кушнире́нко — советский и российский математик и специалист в области информационных технологий. Заведующий отделом учебной информатики НИИСИ РАН, автор многих учебных пособий по информатике, разработчик обучающей системы программирования КуМир.	Kumir
Латур	Бруно Латур - — французский антрополог, философ и социолог науки.	Макроскоп
Лотман	Лотман, Юрий Михайлович - литературовед, культуролог и семиотик.	Семиосфера
Пуанкаре	Жюль Анри́ Пуанкаре́ (фр. Jules Henri Poincaré; 29 апреля 1854, Нанси, Франция — 17 июля 1912, Париж, Франция) — французский математик, механик, физик, астроном и философ. Глава Парижской академии наук (1906), член Французской академии (1908) и ещё более 30 академий мира, в том числе иностранный член-корреспондент Петербургской академии наук (1895). Историки причисляют Анри Пуанкаре к величайшим математикам всех времён. Он считается, наряду с Гильбертом, последним математиком-универсалом, учёным, способным охватить все математические результаты своего времени.	Математика Наука и гипотеза
Турчин	Валентин Фёдорович Турчин - физик и кибернетик, создатель языка Рефал и новых направлений в программировании и информатике	Феномен науки: Кибернетический подход к эволюции РЕФАЛ Principia Cybernetica
Уолл	Ларри Уолл (англ. Larry Wall, род.1954) — американский программист. Знаменит как создатель языка программирования Perl. Лингвист по образованию.	Perl
Энгестрём	Юрьё Энгестрём (Yrjo Engestrom)— известный финский ученый, один из наиболее пытливых последователей культурно-исторической теории Л.С. Выготского и психологической теории деятельности А.Н. Леонтьева, одновременно разрабатывающий собственную деятельностную концепцию экспансивного обучения	Треугольник Энгестрёма

Языки высокого уровня. Типология языков

• Используя WebGrid соберите поле своих собственных представлений о языках высокого уровня

Lisp	Prolog	C	Python	Snap!(Scratch)
(progn(setq x"Здравствуй, учебный курс!")x)	:-Print('Здравствуй, учебный курс!').	#include <stdio.h> int main(void) {printf("Здравствуй, учебный курс!"); return 0;}	print("Здравствуй, учебный курс!")	когда спрайт нажат сказать ["Здравствуй, учебный курс!"]

• Язык высокого уровня
• Taxonomic sandbox

Taxonomic sandbox

Описание	Несколько таксономий обучающих языков программирования - от маленькой до огромной. Большинство объектов на карте кликабельны.
Область знаний	NetSci, Информатика
Среды для создания диаграммы:	Graphviz

V 2

Вариант 3

Стандартные типы данных

Для Snap!

Объектно-ориентированное программирование

• Организовать обмен сообщениями между агентами
• Генерировать новых агентов и другие паттерны вычислительного мышления
• Использовать диаграмму классов

Визуальное программирование

Визуальная реализация :Блоки-Иконки

AgentCubes, Agentsheets, AlgoBlock, AlgoBrix, Alice, App Inventor, Beetle Blocks, Blockly, Boxer, CreatiCode, DBSnap, DRAKON, Etoys, GP, GameBlox, Gamefroot, Gamestar Mechanic, Hopscotch, Kodu, LogoBlocks, Looking Glass, MakeCode, Mama, MicroBlocks, Move the Turtle, NetsBlox, OctoStudio, Piktomir, Pocket Code, Robo Pro Light, SciSnap!, Scratch, ScratchJR, Snap!, Snap4arduino, Sophie, Squeak, Stagecast Creator, StarLogo Nova, Tangible Programming Bricks, The Incredible Machine, Thunkable, ToonTalk, Битва Големов, ПервоЛого

Примеры создания моделей в среде StarLogo Nova

Возможность встраивать модели StarLogo Nova + NetLogo Web

• https://www.slnova.org/patarakin/projects/761668/

• https://www.slnova.org/patarakin/projects/761668/

Алгоритмы поиска и сортировки в разных языках

Scratch

	Description
Сортировка пузырьком	Сортиро́вка простыми обменами, сортировка пузырько́м (англ. bubble sort) — простой алгоритм сортировки. Для понимания и реализации этот алгоритм — простейший, но эффективен он лишь для небольших массивов. Метод сортировки обменами лежит в основе некоторых более совершенных алгоритмов, таких как шейкерная сортировка, пирамидальная сортировка и быстрая сортировка.

Модули и библиотеки

• Модульное программирование

Описание	Диаграмма, в которой демонстрируются основные принципы модульного программирования
Область знаний	Информатика, Управление
Среды для создания диаграммы:	Graphviz

Работа с данными. Среды выращивания данных и анализа данных.

См. Семинары МГПУ о данных в образовании

	Description	Examples
GoogleSchool 01(dataset)	Датасет собран из лог-файла действий учителей внутри школы	В статье Патаракин Е.Д., Ярмахов Б.Б. Анализ связей между сотрудниками школы на основе их взаимодействия в домене Google Apps для образования // ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И ОБЩЕСТВО. 2016. Vol. 19, № 2. P. 585–599.
GoogleSchool 02(dataset)	Датасет собран из лог-файла действий учителей внутри школы в среде GoogleApps - совместные действия учителей над документами различного типа превращаются в социальный граф.	В статье Патаракин Е.Д., Ярмахов Б.Б. Анализ связей между сотрудниками школы на основе их взаимодействия в домене Google Apps для образования // ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И ОБЩЕСТВО. 2016. Vol. 19, № 2. P. 585–599.
Letopisi 2006 (dataset)	Лог-файл действий участников проекта Letopisi в 2006 году	Patarakin E.D. Wikigrams-Based Social Inquiry // Digital Tools and Solutions for Inquiry-Based STEM Learning. IGI Global, 2017. Vol. 1. P. 112–138.
Preschool Digital Scopus	1709 публикаций (стандартный набор полей Скопус) - Для выделения данных из базы Scopus использовалась следующая формула: ALL (( preschool OR "primary school" ) AND ( "psychological" OR "pedagogical" ) AND ( computer OR internet OR digital ) ) AND PUBYEAR > 1999 AND ( LIMIT-TO ( ACCESSTYPE(OA) ) )	В статье "Связь цифрового компонента обучения и развития детей дошкольного и школьного возраста: обзор исследований и международных образовательных практик" В вики тестируем анализ данных при помощи разных пакетов.
Scopus Games (dataset)	Датасет по публикациям о компьютерных играх, собранный в Scopus	ВКР Райкова Александра Дмитриевна Развитие навыков вычислительного мышления у детей дошкольного и младшего школьного возраста при помощи видеоигр https://youtu.be/2-M1W-wnT-U
Библиосет: публикационная активность ВВГУ	Данные о публикационной активности Владивостокского государственного университета https://vvsu.ru/ выгружены из Scopus в формате RIS.	Научная статья
Взаимное копирование МЭШ (датасет)	При изучении записей действий над учебными сценариями в МЭШ из всей таблицы действий учителей над объектами-сценариями были выделены только действия взаимного копирования. В результате был выделен граф совместных копирований состоящий из 145 компонент. При этом узлы и связи распределены крайне неравномерно. Главный компонент содержит 1174 узлов и 17928 связей, а на остальные 144 компоненты приходится всего 378 узлов и 3421 связи.	Патаракин Е.Д., Буров В.В. Незримый колледж МЭШ // Вестник Мгпу. Серия: Информатика И Информатизация Образования. 2022. № 2 (60). 38-52 https://www.elibrary.ru/item.asp?id=49058657

Взаимное копирование МЭШ (датасет)

Описание датасета	При изучении записей действий над учебными сценариями в МЭШ из всей таблицы действий учителей над объектами-сценариями были выделены только действия взаимного копирования. В результате был выделен граф совместных копирований состоящий из 145 компонент. При этом узлы и связи распределены крайне неравномерно. Главный компонент содержит 1174 узлов и 17928 связей, а на остальные 144 компоненты приходится всего 378 узлов и 3421 связи.
Описание полей	from - ID участника, который копирует сценарий to - ID участника, у которого копируют сценарий subject - предмет сценария копируемого урока date_of_action - время действия
Форматы данных	CSV
Область знаний	Математика, Педагогика, Психология, Управление
Веб-сайт - ссылка на датасет	http://www.uic.unn.ru/pustyn/data-sets/mesh/giant recicrop component.csv
Примеры использования датасета	Патаракин Е.Д., Буров В.В. Незримый колледж МЭШ // Вестник Мгпу. Серия: Информатика И Информатизация Образования. 2022. № 2 (60). 38-52 https://www.elibrary.ru/item.asp?id=49058657
Год создания датасета	2022

Что делают в МЭШ учителя иностранного языка

Описание - в статье Незримый колледж МЭШ

Главный компонент содержит 1174 узла и 17928 связей.

Датасет в вики

Копирующий	Копируемый	Предмет	Время
1106	901	Химия	2016-12-01T16:40:44Z
1480	234	Химия	2017-06-23T09:55:48Z
234	1480	Химия	2017-10-12T06:08:15Z
650	927	Химия	2018-02-21T20:15:05Z
1362	901	Химия	2018-06-27T20:39:01Z
390	881	Химия	2018-08-29T22:36:47Z
647	604	Химия	2019-02-01T16:04:44Z
430	585	Химия	2019-03-28T06:24:56Z
927	650	Химия	2020-05-15T05:37:58Z

Представление агентов - учителей в Snap!

• https://snap.berkeley.edu/project?username=patarakin&projectname=Snap_MES_reciproc

Snap! + данные

Примеры проектов и отдельных скриптов

Пример, как можно обратиться из Snap! к внешним датасетам и совершить действия над данными: выделить столбец, сложить данные в столбце, отсортировать данные по значению, построить гистограмму

• https://snap.berkeley.edu/project?username=patarakin&projectname=Snap_Libraries - использование библиотек для работы с данными

---

---

Работа с медиа. Программирование игр и программирование внутри игр

Описания игр

Категория:DEG

Паттерны

	Description of problem	Solution
Генерировать новых агентов	Агент порождает поток других агентов - например, в экологических моделях рождение используется для создания потомков, в играх из пистолета вылетают пули, которые он порождает, в историях Scratch капли дождя клонируются и падают из тучи на землю.	Можно использовать породы или клоны. Например, в NetLogo: observer - наблюдатель может породить новых агентов в центре поля и сказать и что делать crt 10 каждая черепаха может порождать новую черепаху командой hatch - hatch-sheep 1 каждое пятно может на себе породить черепаху или несколько командой sprout - sprout 10 В Scratch новые агенты создаются через клонирование уже существуюших агентов.
Накапливать энергию	Агент живёт в среде, перемещается, выполняет задания и накапливает энергию или собирает очки	заносим эти данные в переменную меняем свойства, которыми обладает агент передаем эти данные
Перевозить другого агента на себе	Транспортировка представляет собой ситуацию, когда один агент перевозит на себе другого агента. Например, черепаха в Frogger несёт лягушку, пересекая реку. В экологических симуляциях процесс транспортировки можно использовать, например, для перевозки пыльцы пчёлами.	Привязать перевозимого агента к себе, чтобы он следовал за положением агента, которым мы управляем
Перемещаться случайным образом	Агент или агенты перемещаются по экрану случайным образом - стандартная для многих игр и симуляций ситуация, которую надо уметь воспроизводить - термиты, птицы и рыбы при формировании стай изначально перемещаются случайным образом.	Агент поворачивается в направление, которое выбирается случайным образом и делает ход в этом направлении.
Поглощать агентов	Поглощение: обратный генерации процесс, когда агент не порождает, а поглощает других агентов. Например, земля поглощает падающие с неба капли воды, хищник съедает жертву, с которой он встречается.	Прятать агентов или просто их убивать или умирать самому
Подчиняться клавишам клавиатуры	Реагировать на клавиши клавиатуры Движение клавиатуры: нажатия кнопок клавиатуры управляют движением агента. И здесь могут быть паттерны типа Прыгать - как писал Пейперт в этой статье писал про Марио и как воспроизвести поведение Марио	Использовать блоки управления в сочетании с блоками движения
Поиск восхождением к вершине	Поиск восхождением к вершине - алгоритм поиска в компьютерных науках, когда агент просматривает значения переменных на ближайших полях и на поле с максимальным значением переменной. Использование алгоритма поиск восхождением к вершине можно наблюдать в таких играх как Sims или Pac-Man, когда призраки преследуют Pacman, следуя наивысшему значению запаха Pac-man, который распространяется по всему полю см. http://ccl.northwestern.edu/netlogo/models/Pac-Man	Использовать встроенные команды NetLogo uphill patch-variable uphill4 patch-variable
Превращаться в другого агента	Превращение - один агент превращается в другого агента. Возможный вариант - агент одной породы превращается в агента другой породы.	В примере на Scratch - cпрайт клонируется и содержит в себе разные породы - демонов и драконов. При столкновении с агентом другой породы агент может изменять собственную породу и становиться другим. Например, из породы демонов переходить в породу драконов. В NetLogo можно просто поменять принадлежность к породе и соответственно свойства агента.
Преследовать другого агента	Один агент преследует другого агента - поворачивается в его сторону или поворачивается в том же направлении, куда движется другой агент	Используются команды повернуться к другому агенту
Распространяться	Диффузия: паттерн распространения, когда вы можете распространять определённое количество агента на других агентов, расположенных по близости за счёт процесса диффузии. Например, в модели муравьёв в NetLogo муравьи выделяют вещества феромоны, которые диффундируют на ближайшие поля игрового поля.	В некоторых средах конструирования возможность диффузии заложена изначально. Например, в NetLogo стандартная команда к точкам - пятнам на экране diffuse
Сталкиваться	Паттерн определяет поведение агентов в случае их физического столкновения с другими агентами. Например, столкновение пули с мишенью. В игре Frogger, если грузовик сталкивается с лягушкой, лягушку нужно «раздавить»	В ряде среде есть специальный блок Collision - что делать агенту в случае столкновения с другим агентом. Для Scratch решение собирается из блоков сенсоров - если я касаюсь другого агента (указать какого именно), то ...
Тащить	Тащить - паттерн "тащить" противоположен по значению паттерну толкать - агент может тащить за собой другого агента или агентов. Например, поезд тащит за собой вагоны, лошадь тащит за собой сани, буксир тащит за собой баржи или плот.
Толкать	Паттерн "толкать" — это паттерн, который мы видим во многих играх. Агент должен толкать ящики или мешки с золотом. Когда игрок толкает коробку или мешок, эти объекты движутся в том направлении (вверх, вниз, вправо или влево), в котором их толкнули.	Объект или Агент, над которым совершается действие, получает сигнал от агента субъекта деятельности, поворачивается в ту же сторону, куда смотрит толкающий агент и двигается в эту сторону.

Критерии оценки по дисциплине

Образовательный результат	Тема	Задание	Пример
Навыки совместной деятельности в среде Semantic MediaWiki	Введение в курс, Языки высокого уровня.	Зарегистрироваться на площадке, отметить странницу категориями, заполнить поля по форме	Категория:UserMGPU Категория:ПБД221м Категория:РМП221м
Выбирать способы программирования	Языки высокого уровня. Типология языков	Создайте собственные концепты к статьям в категории Языки программирования	Концепция:Предки Scratch Языки для мобильных приложений Концепция:Объектно-ориентированные языки
Использовать языки визуального программирования для моделирования базовых паттернов	Визуальное программирование	Разместить в вики проект, выполненный в среде Scratch или Snap! или StarLogo Nova	Flocking (model), Как Организовать обмен сообщениями между агентами, Генерировать новых агентов
Создавать диаграммы классов	Объектно-ориентированное программирование	Разместите в вики собственную диаграмму класса см. Использование ИИ для создания диаграмм	Диаграмма класса, Языки (диаграмма класса), Robot
Обращаться к объектам по их свойствам	Объектно-ориентированное программирование	Создайте примеры запросов к статьям вики с выводом результатов в виде географических карт, гистограмм и таблиц	Category:Diagrams, Языки программирования Time-line
Обращаться к агентам на основе свойств	Объектно-ориентированное программирование	Разместите в вики пример проекта Snap!, в котором происходит обращение к клонам спрайта	Пример Flocking (model)
Использовать готовые модули и библиотеки	Модули и библиотеки	Разместите в вики проект Scratch или Snap! в которых используются библиотеки	Периодическая система химических элементов
Обрабатывать данные, загружать данные, сохранять данные	Работа с данными	Разместите в вики проект Scratch или Snap!, в которых происходит обработка данных	Периодическая система химических элементов