Программирование на языках высокого уровня
Материал из Поле цифровой дидактики
Версия от 08:33, 2 сентября 2023; Patarakin (обсуждение | вклад)
| 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
|
|---|---|
| Содержание разделов курса |
|
| 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.
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 |
| 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 |
| 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!"] |
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!
Концепции программирования. Распространённые языковые конструкции
Контейнеры для хранения данных
Функциональное программирование
Функции высшего порядка
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
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
| 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
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!
Собственные блоки и ящики блоков в 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:
| 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 |
|
| 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!
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
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:
|
| Накапливать энергию | Агент живёт в среде, перемещается, выполняет задания и накапливает энергию или собирает очки |
|
| 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. |
|
| 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 | 
| 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
|
| 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 | 
| 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 | |
| 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 |
