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 Визуальное программирование Стандартные типы данных Работа с данными. Среда выращивания данных и анализа данных Концепции программирования. Распространённые языковые конструкции Контейнеры для хранения данных. Функциональное программирование. Функции высшего порядка Объектно-ориентированное программирование Алгоритмы поиска и сортировки в разных языках Модули и библиотеки 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

Для магистрантов

Категория:ИВО-231м - 2023

Категория:ПБД221м и Категория:РМП221м - 2022

Содержание разделов дисциплины

Введение

Вычислительное мышление, как способность объединять свои способности с возможностями вычислительной техники и говорить с компьютерными агентами на различных языках. Зачем такое разнообразие языков программирования - они помогают думать и действовать лучше.

Особенности курса

Перечень языков визуально-блочного программирования, активных в настоящее время {{#ask: [[Category:Язык программирования]] [[Визуальная реализация::Блоки-Иконки]] [[Description::+]] [[ActiveNow::Project is active]] | ?Description | ?Адрес_сообщества }}

	Description	Адрес сообщества
AgentCubes	Учебный блочный язык программирования, ориентированный на создание трёхмерных игр, цифровых историй и симуляций	https://agentcubesonline.com/
Agentsheets	Первый язык блочного программирования для создания игр, симуляций и освоения вычислительного мышления. Разработан лабораторией масштабируемого дизайна	http://www.agentsheets.com/
AlgoBrix	Обучающий язык блочного программирования, поддерживающий программирование роботов и кубиков	http://www.algobrix.com
Alice	Язык для создания трехмерных миров и обучения основам программирования. Alice представляет собой среду, в которой можно манипулировать 3D-объектами (двигать, вращать, менять цвет и т. д.) и создавать программы, генерирующие анимацию в виртуальных мирах. Она очень похожа на профессиональные современные IDE. Рабочая плоскость разбита на несколько окон: в одном в реальном времени отображается виртуальный мир; в другом присутствует дерево объектов, и для каждого из них предоставляется набор доступных свойств; центральной часть отведена, естественно, под редактор исходного кода; имеется и специальная область событий, позволяющая управлять всем происходящим.	http://www.alice.org/
App Inventor	App Inventor является бесплатным инструментом для программирования для создания мобильных приложений для Android. Он был разработан Массачусетским технологическим институтом и предоставляет простой интерфейс для создания мобильных приложений, который доступен для любого пользователя. Для программирования в App Inventor используется визуальный язык программирования, очень похожий на язык Scratch и StarLogo Nova.	http://appinventor.mit.edu/
CreatiCode	Среда для создания 3х мерных игр средствами блочного программирования	https://www.creaticode.com/
DBSnap	Клон Snap! для работами с базами данных	https://ysilva.cs.luc.edu/dbsnap/app.html
DRAKON	Дружелюбный русский алгоритмический язык, который обеспечивает наглядность (сокр. ДРАКОН) — визуальный алгоритмический язык программирования и моделирования	http://drakon.su/
GP	Блочный язык общего назначения, который может использоваться не только в образовательных целях	https://gpblocks.org/
Gamestar Mechanic	Среда и сообщество для создания игр. Gamestar Mechanic is an online game design platform built as a game about making games	https://gamestarmechanic.com/
MicroBlocks	Язык программирования - клон языка Scratch специально спроектированный для управления физическими объектами	https://microblocks.fun/
NetsBlox	Визуальный блочный язык программирования - производный от Scratch и Snap! - внимание уделено сетевым возможностям, интеграции с Google картами. Внутри среды NetsBlox участники проектов могут коллективно редактировать блоки программы так же как это происходит в Google-документах.	https://netsblox.org/
OctoStudio	Среда для разработки школьниками своих собственных игр на мобильных устройствах	https://www.media.mit.edu/projects/octostudio/overview/
Pocket Code	Мобильное приложение для создание детьми игр и цифровых историй	https://share.catrob.at/pocketcode
SciSnap!	Расширения языка Snap! для использования в изучении математики
Scratch	Среда программирования, которая позволяет детям создавать собственные анимированные и интерактивные истории, игры и другие произведения. Этими произведениями можно обмениваться внутри международной среды, которая постепенно формируется в сети Интернет. Scratch — это учебный блочный язык программирования, позволяющий ученикам создавать игры, цифровые истории. Среда разработки дает возможность детям редактировать аудиофайлы и монтировать небольшие, но полноценные видеоролики. В новые версии языка создатели обещают добавить функционал для создания собственных мобильных приложений.	https://scratch.mit.edu
ScratchJR	Scratch Junior – это визуальная среда программирования для детей от 5 до 7 лет. С ее помощью малыши могут создавать мультики, расставляя блоки действий в последовательном порядке.	https://scratchjr.org/
Snap!	Блочный язык программирования для преподавания алгоритмов и структур данных. Snap! - потомок языка Scratch. В отличие от Scratch Snap! поддерживает лямбда-исчисление, объекты первого класса, процедуры, рекурсия и множество других возможностей. С версии 4.0 Snap! получил современное название и был переписан на JavaScript.	http://snap.berkeley.edu/
Snap4arduino	Язык программирования для Arduino	https://snap4arduino.rocks/
Squeak	Среда разработки живых интерактивных программ на основе SmallTalk	http://www.squeak.org/
StarLogo Nova	StarLogo Nova – среда совместного агентного моделирования в трехмерной среде. Во многом это среда продолжает и развивает традиции языка Scratch. При этом здесь можно ставить серьезные эксперименты и получать воспроизводимые результаты. Центральной метафорой среды является мир (World), в котором можно создавать агенты различных пород.	https://www.slnova.org
Thunkable	Thunkable был создан в 2015 году на основе более известного конструктора приложений MIT App Inventor 2, как платформа для разработки на Android. Со временем инструмент обрел кросс-платформенность (iOS и Android) и стал платформой для разработки веб-приложений. Пользователи Thunkable могут добавлять кнопки, текст, изображения и даже карты, чтобы создать полнофункциональное приложение с такими функциями, как push-уведомления, датчики, геолокация, камера, Bluetooth, автономные возможности, и другое. Создание приложений в базовом аккаунте является бесплатным, но при этом можно создавать только общедоступные приложения.	https://thunkable.com/
ToonTalk	Мини-язык, в котором ученик может собирать алгоритмы из объектов (вещей) на рабочем поле. Полностью веб-приложение.	https://toontalk.github.io/ToonTalk/
ПервоЛого	ПервоЛого — универсальная проектная среда на базе языка Лого для начального и дошкольного образования. В ПервоЛого можно создавать проекты, даже не умея читать и считать — как очень простые, состоящие из картинки и текста или звука, так и весьма сложные, включающие в себя различные запрограммированные объекты, роль которых исполняет черепашка.

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

Лента времени обучающих языков (от Lisp & Logo)

Паттерны поведения компьютерных агентов и их возможная реализация

	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.

Пример реализации простых паттернов поведения агентов в среде Scratch или в среде Snap!

• Подчиняться клавишам клавиатуры
• Генерировать новых агентов
• Поглощать агентов

https://snap.berkeley.edu/snap/snap.html#present:Username=patarakin&ProjectName=Simple_Game

Работа с изображением

https://snap.berkeley.edu/snap/snap.html#present:Username=patarakin&ProjectName=image_data

Загрузка CSV данных

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

Стандартные типы данных

Для Snap!

Функциональное программирование

Языки функционального программирования

Объектно-ориентированное программирование

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

Языки визуального программирования

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

Как узнать какие модули (Extension) уже есть в системе

• Служебная:Версия

Где посмотреть всё разнообразие доступных расширений

• https://www.mediawiki.org/wiki/Category:All_extensions
• внешние, но родные расширения -Lhttps://www.mediawiki.org/wiki/Extension:Collaboration_Diagram
  • как используется на площадке http://letopisi.org/

Пространство Модулей + Lua

• см. Модуль:Babanas

Модули в Scratch

Цветные ящики являются модулями, из которых строится среда Scratch

StarLogo Nova + Snap!

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

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