Informatyka - algorytmy i programy

pierwsza część podręcznika informatyki dla liceów ogólnokształcących


 

Wstęp

    Ten podręcznik jest trochę inny, niż tradycyjne. Najpierw stawia przed Wami szereg problemów, a dopiero potem dostarcza informacji potrzebnych do ich rozwiązania. Tak jak się dzieje w życiu, gdy kierownik, zleceniodawca, klient, kontrahent, koleżanka lub kolega będą się zwracać do Was z jakimś problemem i prosić (żądać) szybkiego rozwiązania. Będziecie musieli wtedy sobie przypomnieć, czy z czymś podobnym się już nie spotkaliście, zgromadzić niezbędne informacje, materiały. Jeżeli problem jest zbyt skomplikowany, to można go podzielić na kilka mniejszych, łatwiejszych problemów do rozwiązania, czasami zorganizować jakiś zespół.
    Po latach będziecie dysponowali już wystarczająco dużą wiedzą i doświadczeniem, żeby od razu wiedzieć, gdzie szukać rozwiązania, ile ono zajmie czasu, ile będzie kosztowało. Ale tego trzeba się nauczyć, a informatyka, zmieniająca się z dnia na dzień, jest dobrym poligonem doświadczalnym. Będziemy więc uczyć się rozwiązywania problemów i każdy rozdział właśnie od nich zaczniemy.
    W dalszej części rozdziału znajdziemy potrzebne informacje - ale nie wszystkie. Nieco więcej będzie ich na płycie dołączonej do podręcznika, ale sporo trzeba będzie zdobyć samemu. Szybko powinniście się przekonać, że sama podręcznikowa wiedza, mimo że bardzo ważna, to nie wszystko. To tylko konieczna podstawa, zbiór doświadczeń i dokonań poprzedniej generacji informatyków. Bez niej musielibyście wszystko odkrywać na nowo, marnując czas na rozwiązywanie dawno rozwiązanych problemów. Będziemy się starali stworzyć Wam warunki, żebyście dołożyli własne osiągnięcia do tych, już dokonanych. Algorytmika i programowanie tworzą szczególnie wdzięczne pole do kreowania nowych światów. Bill Gates powiedział kiedyś, że nie boi się konkurencji takich firm, jak: Netscape, Oracle IBM, Sun i wszystkich innych. Znacznie groźniejsi wydają mu się nastoletni młodzi ludzie, którzy wieczorami zasiadają do swoich komputerów. Może myślał o Was?
    Doświadczenie uczy, że nie wszyscy uczniowie w klasach informatycznych zdają maturę z informatyki i chcą dalej studiować tę lub pokrewną dziedzinę wiedzy, dlatego próbowaliśmy pogodzić w podręczniku różne, często odległe od informatyki, zainteresowania. Nie było to specjalnie trudne, gdyż przenika ona do wielu dziedzin i staje się polem współpracy ludzi zajmujących się z pozoru dalekimi od informatyki tematami. Kończą się czasy samotnych programistów, a przyszłość należy do mniejszych lub większych zespołów dzielących się zadaniami i pracującymi ze ściśle określonym harmonogramem. Praca przez to wcale nie jest mniej ciekawa, a na pewno skuteczniejsza. Coraz częściej tworzymy zespoły interdyscyplinarne, składające się nie tylko z informatyków, ale też ze specjalistów reprezentujących bardzo odległe od informatyki dziedziny.
    Jeżeli, na przykład, chcemy stworzyć multimedialną encyklopedię makijażu (proszę wyobrazić sobie, jak wielki jest to rynek), konieczna będzie ścisła współpraca: wizażystów, charakteryzatorów, plastyków, fotografików, filmowców, lektorów, scenarzystów, autorów tekstów, muzyków. Oni znają lepiej potencjalne klientki takiej encyklopedii i wiedzą np. jakie sposoby wyszukiwania informacji mogą być przez nie zaakceptowane ("Nie! Wyszukiwarka haseł musi uwzględniać odmianę wyrazów i nie ma być żadnych operatorów logicznych. To nie jest produkt przeznaczony wyłącznie dla uczennic klas informatycznych"). I nie jest tak, że wszyscy ci ludzie tylko przygotowują materiały, które informatycy połączą w jedną całość. Informatyk, pracujący w takim zespole, musi, oprócz ściśle fachowej wiedzy, dysponować umiejętnością porozumiewania się z innymi członkami zespołu, cierpliwego wysłuchiwania ich opinii, wychwytywania z całej powodzi słów potrzebnej informacji, zadawania pytań (tekst typu "Które pole ma być kluczowe?" może spotkać się z odpowiedzią "Kolego, pomyliłeś zespoły. My nie tworzymy encyklopedii agrotechniki. Tu nie ma żadnych pól!"). Tego wszystkiego będziemy się uczyć, dlatego, oprócz zadań przeznaczonych do indywidualnego rozwiązywania, w podręczniku znajdzie się szereg problemów wymagających pracy w zespole. Taka wiedza przyda się także tym z Was, którzy nie zamierzają studiować informatyki. Umiejętność porozumiewania się z informatykami może okazać się kiedyś bezcenna.
    Podzielmy klasę na zespoły projektowe, których może być tyle, ile jest przedmiotów maturalnych. Zadaniem każdego zespołu będzie utworzenie bazy wiedzy maturalnej z danego przedmiotu - zbioru informacji niezbędnych do przygotowywania się do matury. Bazę będziemy tworzyć na lekcjach informatyki. W tym celu w podręczniku wyodrębniono jakby dwie warstwy: podstawową, którą musi opanować każdy uczeń klasy informatycznej, oraz rozszerzoną dla tych, którzy planują zdawać maturę z informatyki. Oni będą musieli rozwiązać więcej i bardziej złożonych problemów (zostały oznaczone literą  ). W tym czasie pozostali uczniowie będą mogli przygotowywać bazę wiedzy maturalnej. Ilustruje to poniższy rysunek.
    Pierwszy rozdział poświęcimy właśnie zagadnieniom, jak tworzyć taką bazę. Powiemy, jak zaplanować zawartość bazy, jej strukturę oraz opiszemy program, który tworzy lokalną wyszukiwarkę zawartych w niej informacji.
    Drugi rozdział wprowadzi nas w świat algorytmów. Wyjaśnimy, co to takiego algorytmy, jak są zbudowane, w jaki sposób się je zapisuje. Dysponując tą wiedzą, będziemy mogli zastanowić się, dlaczego popełniamy błędy przy tworzeniu algorytmów i do czego to może doprowadzić, wyjaśnimy też, dlaczego tak ważna jest szybkość działania algorytmów i spróbujemy pokazać, jak tworzy się algorytm.
    Trzeci rozdział przybliży nam zagadnienia projektowania programów. Omówimy etapy tworzenia programu, a potem poznamy narzędzia ułatwiające ten proces. Będzie to Visual Basic. Opiszemy, jakie ma możliwości, jak się nim posługiwać, co przyda się przy tworzeniu własnych aplikacji (w zasadzie zajmiemy się tym dopiero w następnej klasie, ale praktyka wskazuje, że wielu niecierpliwych uczniów chce zacząć szybciej).
    Czwarty rozdział będzie w całości poświęcony nauce języka programowania. Chcąc ją uatrakcyjnić, przygotowaliśmy kilkadziesiąt prawie gotowych aplikacji, które wystarczy uzupełnić o kilka linijek, aby powstała prosta gra, program dydaktyczny lub realizacja klasycznego algorytmu.
    Ostatni rozdział dotyczyć będzie baz danych, a dokładniej wyszukiwania informacji z baz. Ci uczniowie, którzy nie mieli dotychczas kontaktu z bazami, zaczną od prostych metod, by później poznać bardziej zaawansowane techniki.
    Pisząc ten podręcznik, założyliśmy, że w ramach przedmiotu technologia informacyjna poznaliście zasady rządzące pozyskiwaniem, tworzeniem, przetwarzaniem i przekazywaniem informacji oraz znacie i umiecie posługiwać się służącym do tego podstawowym oprogramowaniem. A jeżeli nie? Dla tych, którzy nie zetknęli się z tymi zagadnieniami lub był to kontakt chwilowy, umieściliśmy na płycie fragmenty naszego podręcznika do technologii informacyjnej. Znajdziecie tam rozdział o wyszukiwaniu informacji, przetwarzaniu informacji graficznych (rastrowych, wektorowych, animacji, filmów), informacji zawartych w bazach danych, tworzeniu i przedstawianiu prezentacji oraz dokumentów przeznaczonych do publikowania w Internecie. Można je wydrukować (za pomocą aplikacji Acrobat Reader, która też jest na płycie) i nadrobić braki.
    Na płycie dołączonej do podręcznika staraliśmy się zamieścić wszystkie materiały potrzebne do rozwiązania postawionych w podręczniku problemów. Jest także zestaw przydatnego oprogramowania.

Jak korzystać z podręcznika

    Każdy rozdział składa się z trzech części. Pierwsza - to problemy, które trzeba będzie samodzielnie rozwiązać. Uczniowie pracujący w zespołach przedmiotowych nie muszą rozwiązywać wszystkich problemów - te oznaczone literą M są przeznaczone dla zespołu informatycznego i pozwolą mu przygotować się do zdawania matury z informatyki. W czasie, gdy zespół informatyczny będzie te zadania rozwiązywał, pozostałe zespoły będą opracowywały tematy do swoich baz wiedzy maturalnej.
    W drugiej części każdego rozdziału zamieściliśmy informacje niezbędne do rozwiązania problemów z części pierwszej. Warto ją na początku uważnie przeczytać, by potem móc szybko znaleźć potrzebne wiadomości. Dobrze by też było w domu, przed zajęciami, opracować plan rozwiązywania kolejnych problemów i jak największą część lekcji poświęcić na pracę z komputerem. Jeżeli czegoś nie rozumiemy, to pomocy starajmy się szukać w podręczniku, we wcześniej rozwiązanych problemach, nie u nauczyciela. Unikajmy zawracania głowy koleżankom i kolegom, gdyż jest to praktyka, z której nie możemy specjalnie korzystać w pracy zawodowej (rzadko kiedy będziemy mogli kogoś stale prosić o pomoc).
    Zwracajmy uwagę na elegancję rozwiązań oraz starajmy się patrzeć na nie krytycznie, "wyłapywać" popełnione błędy. Porównujmy swoje dokonania z osiągnięciami innych i starajmy się, żeby nasze były najlepsze.