Dla nauczyciela

Autor: Maurycy Gast

Przedmiot: Informatyka

Temat: Konstrukcje fraktalne w języku Java

Grupa docelowa:

Szkoła ponadpodstawowa, liceum ogólnokształcące, technikum, zakres rozszerzony

Podstawa programowa:

Cele kształcenia – wymagania ogólne

I. Rozumienie, analizowanie i rozwiązywanie problemów na bazie logicznego i abstrakcyjnego myślenia, myślenia algorytmicznego i sposobów reprezentowania informacji.

II. Programowanie i rozwiązywanie problemów z wykorzystaniem komputera oraz innych urządzeń cyfrowych: układanie i programowanie algorytmów, organizowanie, wyszukiwanie i udostępnianie informacji, posługiwanie się aplikacjami komputerowymi.

Treści nauczania – wymagania szczegółowe

I. Rozumienie, analizowanie i rozwiązywanie problemów.

Zakres podstawowy. Uczeń:

1) planuje kolejne kroki rozwiązywania problemu, z uwzględnieniem podstawowych etapów myślenia komputacyjnego (określenie problemu, definicja modeli i pojęć, znalezienie rozwiązania, zaprogramowanie i testowanie rozwiązania).

5) sprawdza poprawność działania algorytmów dla przykładowych danych.

II. Programowanie i rozwiązywanie problemów z wykorzystaniem komputera i innych urządzeń cyfrowych.

Zakres podstawowy. Uczeń:

1) projektuje i programuje rozwiązania problemów z różnych dziedzin, stosuje przy tym: instrukcje wejścia/wyjścia, wyrażenia arytmetyczne i logiczne, instrukcje warunkowe, instrukcje iteracyjne, funkcje z parametrami i bez parametrów, testuje poprawność programów dla różnych danych; w szczególności programuje algorytmy z punktu I.2);

Zakres rozszerzony. Uczeń spełnia wymagania określone dla zakresu podstawowego, a ponadto:

3) sprawnie posługuje się zintegrowanym środowiskiem programistycznym przy pisaniu, uruchamianiu i testowaniu programów;

I + II. Zakres rozszerzony. Uczeń spełnia wymagania określone dla zakresu podstawowego, a ponadto:

1) zapisuje za pomocą listy kroków, schematu blokowego lub pseudokodu, i implementuje w wybranym języku programowania, algorytmy poznane na wcześniejszych etapach oraz algorytmy:

1a) rekurencyjnego tworzenia fraktali: zbiór Cantora, drzewo binarne, dywan Sierpińskiego, płatek Kocha;

3) objaśnia, a także porównuje podstawowe metody i techniki algorytmiczne oraz struktury danych, wykorzystując przy tym przykłady problemów i algorytmów, w szczególności:

b) rekurencję (do generowania ciągów liczb, potęgowania, sortowania liczb, generowania fraktali),

Kształtowane kompetencje kluczowe:

kompetencje cyfrowe;
kompetencje osobiste, społeczne i w zakresie umiejętności uczenia się;
kompetencje matematyczne oraz kompetencje w zakresie nauk przyrodniczych, technologii i inżynierii.

Cele operacyjne (językiem ucznia):

Skonstruujesz przykładowe konstrukcje fraktalne, takie jak smok Heighwaya oraz paproć Barnsleya.
Przeanalizujesz sposób generowania liczb pseudolosowych potrzebnych do generowania fraktali.
Wykorzystasz bibliotekę graficzną do narysowania fraktali.

Strategie nauczania:

konstruktywizm;
konektywizm.

Metody i techniki nauczania:

dyskusja;
rozmowa nauczająca z wykorzystaniem multimedium i ćwiczeń interaktywnych;
ćwiczenia praktyczne.

Formy pracy:

praca indywidualna;
praca w parach;
praca w grupach;
praca całego zespołu klasowego.

Środki dydaktyczne:

komputery z głośnikami, słuchawkami i dostępem do internetu;
zasoby multimedialne zawarte w e‑materiale;
tablica interaktywna/tablica, pisak/kreda;
oprogramowanie dla języka Java SE 8 (lub nowszej wersji), w tym Eclipse 4.4 (lub nowszej wersji).

Przebieg lekcji

Przed lekcją:

Przygotowanie do zajęć. Nauczyciel loguje się na platformie i udostępnia e‑materiał: „Konstrukcje fraktalne w języku Java”. Uczniowie zapoznają się z treściami w sekcji „Przeczytaj” w kontekście programowania.

Faza wstępna:

Nauczyciel wyświetla uczniom temat zajęć oraz cele. Prosi, by na ich podstawie uczniowie sformułowali kryteria sukcesu.
Rozpoznawanie wiedzy uczniów.

Faza realizacyjna:

Uczniowie analizują przykład z sekcji „Przeczytaj” i powtarzają zaprezentowane rozwiązanie na swoim komputerze.
Praca z multimedium. Nauczyciel wyświetla zawartość sekcji „Symulacja interaktywna”. Uczniowie wspólnie zapoznają się z symulacją, w której zaimplementowano algorytm rysujący paproć Barnsleya. Wspólnie zastanawiają się w jaki sposób może powstawać ta konstrukcja fraktalna.
Ćwiczenia umiejętności. Uczniowie wykonują ćwiczenie nr 1 z sekcji „Sprawdź się”. Ich zadaniem jest napisanie programu, który przeprowadzi generację smoka Heighwaya, jednak zamiast wypisywać go na ekran, wyznaczy maksymalną oraz minimalną wartość, jaką osiągną współrzędne x oraz y. Następnie obliczają szerokość oraz wysokość tej konstrukcji w układzie współrzędnych. Wyniki wypisują z dokładnością do dwóch miejsc po przecinku, oddzielając je znakiem nowej linii.

Faza podsumowująca:

Wybrany uczeń podsumowuje zajęcia, zwracając uwagę na nabyte umiejętności, omawia ewentualne problemy podczas rozwiązania ćwiczeń z programowania w języku Java.

Praca domowa:

Uczniowie wykonują ćwiczenie nr 2 z sekcji „Sprawdź się”.

Materiały pomocnicze:

Oficjalna dokumentacja techniczna dla języka Java SE 8 (lub nowszej wersji).
Oficjalna dokumentacja techniczna dla oprogramowania Eclipse 4.4 (lub nowszej wersji).
Biblioteka graficzna w języku Java: Swing, nowsza wersja biblioteki AWT (Abstract Window Toolkit).

Wskazówki metodyczne:

Treści w sekcji „Przeczytaj” można wykorzystać jako podsumowanie i utrwalenie wiedzy uczniów.

Sprawdź się