Программирование (математики и физики): различия между версиями

Материал из Поле цифровой дидактики
← Предыдущая правка
Нет описания правки
Метка: ручная отмена
 
(не показаны 23 промежуточные версии этого же участника)
Строка 27: Строка 27:
|Book=Computer Science with Snap! by Examples, Agent-Based and Individual-Based Modeling: A Practical Introduction, Mindstorms
|Book=Computer Science with Snap! by Examples, Agent-Based and Individual-Based Modeling: A Practical Introduction, Mindstorms
}}
}}
Учебный курс для студентов бакалавриата групп - [[:Категория:МФ-211|МФ-211]] [[:Категория:МФ-201|МФ-201]]
 
МФ-211
; Учебный курс для студентов бакалавриата групп - [[:Категория:МФ-211|МФ-211]]
: Архив -  [[:Категория:МФ-201|МФ-201]]
 
== Введение - программирование, красота и радость  ==
 
; Перефразируя [[Inventive Minds: Marvin Minsky on Education|Марвина Минского]]:
:  - К несчастью, существующие учебники по программированию зачастую напоминают сухие сводки приказов и грамматических правил волшебного языка кодирования. Они редко иллюстрируют, как эти инструменты применяются на практике для сотворения чудес. Настоящий язык — это не просто набор слов и правил, это целая вселенная возможностей, подобная богатой литературе, где каждый может найти своё вдохновение. Никто и никогда не постигал язык, зазубривая грамматику. Истинное обучение начинается с захватывающих историй, которые пробуждают наш интерес и воображение. В мечтательности  учебный курс — собрание таких историй, способных увлечь  в мир программирования, словно в сказку.
 
=== Паттерны поведения ===
И мы можем один за другим рассматривать [[:Category:HowTo|паттерны поведения агентов]] и создавай истории, как [[активное эссе|активные эссе]]
; Паттерн 1 - рождение агентов
 
<snap project="butterfly_pattern1" user="patarakin" />
 
<snapblocks>
when I start as a clone
switch to costume (pick random (1) to ([length V] of (my [costume V])))
think ([my parent V])
</snapblocks>
 
=== Фотография как данные для картины ===
 
* https://snap.berkeley.edu/snap/snap.html#present:Username=patarakin&ProjectName=image_data
 
<snap project="image_data" user="patarakin" />
 
<snapblocks>
when green flag clicked
clear
pen up
forever {
go to [random position V]
set pen [hue V]  to ([hue V] at [myself V])
set pen [saturation V]  to ([saturation V] at [myself V])
set pen [brightness V]  to ([brightness  V] at [myself V])
}
</snapblocks>


== История учебного программирования. Примеры учебных микромиров ==
== История учебного программирования. Примеры учебных микромиров ==
Строка 63: Строка 99:
: Надо указать id проекта внутри блока <nowiki><scratch project="id" /> </nowiki>
: Надо указать id проекта внутри блока <nowiki><scratch project="id" /> </nowiki>
<scratch project="10079315" />
<scratch project="10079315" />
; встраивание кода программы
<scratchblocks>
когда спрайт нажат
сказать ["Привет!"]
идти (выдать случайное от (20) до (40)) шагов
играть звук [мяу v] ::sound
если <касается [край v]>, то
повернуться к [указатель мышки v]
конец
</scratchblocks>


=== [[Snap!]] и встраивание проектов в страницы вики ===
=== [[Snap!]] и встраивание проектов в страницы вики ===
Строка 85: Строка 110:
<snap project="Alonso_Ball" user="patarakin" />
<snap project="Alonso_Ball" user="patarakin" />


=== StarLogo Nova ===


* https://www.slnova.org/patarakin/projects/906232/


{{#widget:iframe
== Распространённые языковые конструкции ==
|url=https://www.slnova.org/patarakin/projects/906232/
 
|width=1000
 
|height=800
=== Ветвление ===
}}
 
<sb>if <> {
} @addInput</sb>
 
 
<sb>if <> {
} else {
}</sb>
 
<sb>(if <> then [] else [])</sb>
 
=== Циклы ===
 
<sb>forever {
}</sb>
 
<sb>repeat (10) {
}</sb>
 
 
<sb>repeat until <> {
}</sb>
 
<sb>for ((i)) = (1) to (10) {
}</sb>
 
=== Обработка строк ===


== Распространённые языковые конструкции ==
=== Массивы ===


== Паттерны поведения в цифровой среде и их симуляция ==
== Паттерны поведения в цифровой среде и их симуляция ==
Строка 138: Строка 187:
=== Эксперименты в среде  NetLogo ===
=== Эксперименты в среде  NetLogo ===
{{#widget:YouTube|id=_IRTKplE7nw|start=3}}
{{#widget:YouTube|id=_IRTKplE7nw|start=3}}
==== [[StarLogo Nova]] ====
; Проект https://www.slnova.org/patarakin/projects/694467/
: Прямо из этой страницы, куда встроен проект, мы можем данные собрать
{{#widget:iframe
|url=https://www.slnova.org/patarakin/projects/694467/
|width=800
|height=600
}}
Исходное состояние - выбираем параметры
* количество мячей = 5
* количество участников = 175
* рычажок видимости (как близко от участника должен быть мяч, чтобы он начал к нему бежать) = 5
[[Файл:Slnova Data.jpg]]
====== Собираем данные со страницы  ======
500 записей
[[Файл:Slnova Data1.jpg]]
Загружаем [[датасет]] в [[RAWGraphs]] - https://rawgraphs.io/
; Проект https://www.slnova.org/patarakin/projects/761578/
{{#widget:iframe
|url=https://www.slnova.org/patarakin/projects/761578/
|width=800
|height=600
}}
===== [[NetLogo]] =====
Использовать NetLogo Web для получения данных
[[Файл:Flocking netlogo web.jpg]]
Примеры моделей для постановки экспериментов:
# [https://netlogoweb.org/launch#https://netlogoweb.org/assets/modelslib/Sample%20Models/Biology/Flocking.nlogo Образование стаи птиц или рыб]
# [https://netlogoweb.org/launch#https://netlogoweb.org/assets/modelslib/Sample%20Models/Biology/Termites.nlogo Термиты]
# [https://netlogoweb.org/launch#https://netlogoweb.org/assets/modelslib/Sample%20Models/Psychology/Piaget-Vygotsky%20Game.nlogo Обучение по Выготскому или Пиаже] - участники бросают шарики и стараются попасть как можно ближе к линии
Вырастить данные - поставить эксперимент с переменными - использовать [[BehaviorSpace]]




{{#widget:YouTube|id=_IRTKplE7nw|start=10}}


== Критерии оценки по дисциплине ([[:Категория:МФ-201]]) ==
== Критерии оценки по дисциплине ([[:Категория:МФ-211]]) ==


{| {{prettytable}}
{| {{prettytable}}
Строка 218: Строка 219:
* Многообразие и возможности  языков визуального программирования
* Многообразие и возможности  языков визуального программирования
* Паттерны поведения в цифровой среде и их симуляция
* Паттерны поведения в цифровой среде и их симуляция
| Разместить в вики проект, выполненный в среде [[Scratch]] или [[Snap!]] или [[StarLogo Nova]]
| Разместить в вики проект, выполненный в среде [[Scratch]] или [[Snap!]] или [[Lua]]
|  
|  
*  [[Как использовать визуальные блоки на вики страницах]]
*  [[Как использовать визуальные блоки на вики страницах]]
Строка 226: Строка 227:
|  Уметь использовать распространенные языковые конструкции
|  Уметь использовать распространенные языковые конструкции
| Распространённые языковые конструкции
| Распространённые языковые конструкции
| Разместите в вики статью  с примером кода
| Разместите в вики статью  с примером кода (Scratch % Snap!)
|   
|   
* [[How to Make a Top Down Scroller Game]],  
* [[How to Make a Top Down Scroller Game]],  

Текущая версия от 19:09, 1 декабря 2025



Планируемые результаты обучения (Знать, Уметь, Владеть) Результаты обучения: обучающийся понимает и умеет использовать возможности визуальных языков программирования для освоения математических и физических понятий
Знать
  1. основные типы данных, их особенности
  2. особенности реализации программ на визуальных языках различных типов ;
Уметь
  1. выбирать наиболее подходящий способ программирования;
  2. использовать языки визуального программирования для моделирования базовых паттернов;
  3. использовать распространенные языковые конструкции;
  4. обрабатывать данные, загружать данные, сохранять данные
  5. создавать собственные функции
  6. выращивать данные в искусственных микромирах
  7. находить ошибки, улучшать код, документировать программу
  8. обращаться к агентам на основе их породных свойств
Владеть
  1. навыками использования нескольких языков визуального программирования для создания моделей физических процессов
Содержание разделов курса
  1. История учебного программирования. Примеры учебных микромиров
  2. История совместной деятельности в цифровой среде. Совместное редактирование текста и кода
  3. Многообразие и возможности языков визуального программирования
  4. Распространённые языковые конструкции
  5. Паттерны поведения в цифровой среде и их симуляция
  6. Создание собственных функций
  7. Обращение к внешним данным, обработка и представление данных
  8. Многоагентое моделирование. Породы агентов
  9. Выращивание данных и их дальнейшее использование
Видео запись
Среды и средства, которые поддерживают учебный курс Snap!, StarLogo Nova, NetsBlox, RAWGraphs, Lua, Roblox
Книги, на которых основывается учебный курс Computer Science with Snap! by Examples, Agent-Based and Individual-Based Modeling: A Practical Introduction, Mindstorms


Учебный курс для студентов бакалавриата групп - МФ-211
Архив - МФ-201

Введение - программирование, красота и радость

Перефразируя Марвина Минского
- К несчастью, существующие учебники по программированию зачастую напоминают сухие сводки приказов и грамматических правил волшебного языка кодирования. Они редко иллюстрируют, как эти инструменты применяются на практике для сотворения чудес. Настоящий язык — это не просто набор слов и правил, это целая вселенная возможностей, подобная богатой литературе, где каждый может найти своё вдохновение. Никто и никогда не постигал язык, зазубривая грамматику. Истинное обучение начинается с захватывающих историй, которые пробуждают наш интерес и воображение. В мечтательности учебный курс — собрание таких историй, способных увлечь в мир программирования, словно в сказку.

Паттерны поведения

И мы можем один за другим рассматривать паттерны поведения агентов и создавай истории, как активные эссе

Паттерн 1 - рождение агентов

<snapblocks> when I start as a clone switch to costume (pick random (1) to ([length V] of (my [costume V]))) think ([my parent V]) </snapblocks>

Фотография как данные для картины

<snapblocks> when green flag clicked clear pen up forever { go to [random position V] set pen [hue V] to ([hue V] at [myself V]) set pen [saturation V] to ([saturation V] at [myself V]) set pen [brightness V] to ([brightness V] at [myself V]) } </snapblocks>

История учебного программирования. Примеры учебных микромиров

Программирование

Путь черепахи: эволюция LOGO-подобных языков

 Description
КонструкционизмКонструкционизм - философия обучения, развитая Сеймуром Пейпертом на основании конструктивизма. К активной позиции конструктивизма конструкционизм добавляет идею того, что люди создают новое знание особенно эффективно, когда они вовлечены в создание продуктов, наделенных личностным смыслом, будь то песочные замки, Лего машины или компьютерные программы.
(Logo OR Ancestors
Logo)


Примеры микромиров - Category:Model

История совместной деятельности в цифровой среде. Совместное редактирование текста и кода

Многообразие и возможности языков визуального программирования

Scratch встраивание проектов в страницы вики

Надо указать id проекта внутри блока <scratch project="id" />

Snap! и встраивание проектов в страницы вики



Распространённые языковые конструкции

Ветвление

if <> { } @addInput


if <> { } else { }

(if <> then [] else [])

Циклы

forever { }

repeat (10) { }


repeat until <> { }

for ((i)) = (1) to (10) { }

Обработка строк

Массивы

Паттерны поведения в цифровой среде и их симуляция

 Description of problemSolution
Вычислительное мышление
Генерировать новых агентов120px-Create_netlogo.png
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 энергиюАгент 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 себеТранспортировка 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 образомАгент 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 агентов120px-Delete_starlogo.png
  • 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 клавиатурыРеагировать 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 МариоИспользовать блоки управления в сочетании с блоками движения
Поиск восхождением к вершинеПоиск 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-ManИспользовать встроенные команды NetLogo
  • uphill patch-variable
  • uphill4 patch-variable
    • Превращаться в другого агентаПревращение - 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 агентаОдин агент преследует другого агента - поворачивается в его сторону или поворачивается в том же направлении, куда движется другой агентИспользуются команды повернуться к другому агенту
    РаспространятьсяДиффузия: 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
    Сталкиваться120px-Collision_starlogo.png
  • 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 ...
    ТащитьТащить - 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.
    ТолкатьПаттерн "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.

    Создание собственных функций


    Создать агентов в момент запуска модели

    Создавать агентов в случае столкновения с другим агентом

    Обращение к внешним данным, обработка и представление данных

    На примере того, как это можно делать в Snap!
    вбросить данные в формате CSV, JSON на рабочий экран программы
    обратиться по http адресу к внешним данным

    Датасет в Snap!


    Многоагентое моделирование. Породы агентов

    Объединение языков многоагентного моделирования в учебном процессе на базе MediaWiki

    Генеалогия многоагентных сред (диаграмма)


    Описание Фрагмент генеалогической схемы происхождения агентных языков
    Область знаний Информатика
    Среды для создания диаграммы: Graphviz


    Выращивание данных и их дальнейшее использование


    Критерии оценки по дисциплине (Категория:МФ-211)

    Образовательный результат Тема Задание Пример
    Знает возможности совместной цифровой деятельности и умеет ими пользоваться Semantic MediaWiki История совместной деятельности в цифровой среде. Совместное редактирование текста и кода Зарегистрироваться на площадке, отметить странницу категориями, заполнить поля по форме
    Выбирать способы программирования История учебного программирования. Примеры учебных микромиров Создайте собственные концепты к статьям в категории Языки программирования
    Использовать языки визуального программирования для моделирования базовых паттернов
    • Многообразие и возможности языков визуального программирования
    • Паттерны поведения в цифровой среде и их симуляция
    		 Разместить в вики проект, выполненный в среде Scratch или Snap! или Lua
    Уметь использовать распространенные языковые конструкции Распространённые языковые конструкции Разместите в вики статью с примером кода (Scratch % Snap!)
    Создавать собственные функции Создание собственных функций Создайте и опишите собственные полезные функции
    Обращаться к агентам на основе их породных свойств Многоагентое моделирование. Породы агентов Разместите в вики пример проекта Snap!, в котором происходит обращение к клонам спрайта Примеры
    Обрабатывать данные, загружать данные, сохранять данные Обращение к внешним данным, обработка и представление данных Разместите в вики проект Scratch или Snap!, в которых происходит обработка данных
    Выращивать данные в искусственных микромирах Выращивание данных и их дальнейшее использование Разместите в вики проект StarLogo Nova или Snap!, в которых происходит выращивание данных

    Обсуждение структуры курса

    Вариант 1

    Вариант 2

    Источник — http://digida.mgpu.ru/index.php?title=Программирование_(математики_и_физики)&oldid=36125