Организация обучения информатике на углубленном уровне в школе физико-математического профиля предполагает различные формы учебных занятий [1, 2]. Как правило, помимо основных уроков и элективных занятий школьники занимаются на кружках профильной направленности. Занятия на этих кружках наиболее часто связаны с изучением разных аспектов программирования [3], как одного из основных направлений изучения информатики на профильном уровне.
Особое место в изучении программирования занимает область компьютерной графики. Зачастую ее наполнение в школе вовсе ограничивается рисованием объектов либо составлением коллажей в растровом или векторном графическом редакторе. В программировании данную область отождествляют с размещением различных объектов графической библиотеки на экране или форме, то есть опять же с рисованием. В тоже время целесообразно и возможно в соответствии с возрастом старшеклассников предлагать применять в проектах и иные графические решения. Одним из таких решений выступает управление графическими объектами. При этом более разумно не ограничиваться возможностями учебных версий языков программирования. Это позволит уже в профильной школе плавно перейти к изучению современных сред программирования. Например, такую связку составляют учебный язык программирования Pascal ABC и среда визуального программирования Lazarus.
В среде Lazarus на занятиях кружка по информатике можно показать управление объектами на форме, как с использованием клавиатуры, так и при помощи мыши. Это позволяет сделать демонстрация развивающих игровых проектов. Одну группу таких проектов составляют простейшие игры, в которых по сюжету необходимо управлять действиями некоего положительного героя. Он должен преодолевать различного рода препятствия и бороться с отрицательным персонажем. Во вторую группу проектов отнесем интеллектуальные развивающие игры. В них можно предложить решить головоломку, разгадать ребус, решить кроссворд и многое другое. Развивающие проекты такого рода в последующем можно успешно использовать для организации как учебных, так и особенно внеучебных занятий в младшей и средней школе [4, 5].
Учителей подобные проекты учат разрабатывать во время учебных вычислительных практик, будучи студентами вузов, или в рамках курсах повышения квалификации [6]. Также они могут найти достаточное количество рекомендаций по работе с графикой в современных средах программирования. Рассмотрим и охарактеризуем ряд таких проектов.
Проект «Приключения кота» (рис. 1) демонстрирует простейшую игру с реализацией движения объектов на форме при помощи клавиш управления. На задний фон формы помещена картинка с сюжетом игры. На переднем плане расположены два героя игры – кот и «Монстрик». Задача кота пройти монстрика, охраняющего дорогу. Монстрик защищает дорогу, стреляя «вредными» каплями. Победить монстрика можно, если у него иссякнет здоровье. Этого можно достичь либо поймав необходимое количество бонусов, падающих с неба в произвольном месте формы и в хаотичном порядке, либо стреляя в монстрика «добрыми» каплями. При этом следует учитывать, что бонусы действуют на обоих героев. Они могут оказывать как положительный, так и отрицательный на их здоровье эффект. Движение вперед-назад осуществляется с помощью клавиш вправо-влево. Прыжок – с помощью клавиши вверх. Выстрел – с помощью клавиши пробел.
Рисунок 1 – Проект «Приключения кота»
При проектировании данной игры и подобных ей игр от ученика требуется продумать ее сценарий, подобрать соответствующие сюжету картинки, обработать должным образом их. После этого добавить появление на форме иных графических объектов, запрограммировав их с помощью датчика случайных чисел. Затем следует научиться программировать сложные действия по нажатию клавиш для перемещения объектов на форме и сопоставить их сюжетным линиям игры.
Подобные игры включают, как правило, ни один, а несколько этапов – от простого к сложному. Также в них можно заложить несколько уровней сложности на выбор игрока. Разнообразить сценарий игры можно различными способами от появления препятствий на пути персонажа до дополнительных заданий.
Игры второй группы позволяют одновременно совершенствовать знания ученика по информатике в области программирования и развивать его интеллектуальные способности. Например, осваивая приемы работы с графическими элементами, ученики часто обращаются к проектированию логических игр. Такое обучение способствует развитию и навыков по программированию и логического мышления школьников [7]. Приведем и проанализируем ряд таких игр-проектов.
Рассмотрим проект игры «В поисках «Черной жемчужины»» по мотивам серии кинофильмов «Пираты Карибского моря» (рис. 2). В данной игре необходимо помочь Джеку Воробью в поиске сокровищ. Игра включает три части. Первое задание состоит в поиске пары для каждого сундука с сокровищами (рис. 3). Во втором задании следует собрать пазл морской карты (рис. 4). Третье задание содержит кроссворд (рис. 5), содержащий вопросы о фильме (рис. 6). Выполнив все задания, игрок сможет отправиться за сокровищами.
Рисунок 2 – Проект «В поисках «Черной жемчужины»»
Рисунок 3 – Задание 1 «Найди пару»
Рисунок 4 – Задание 2 «Собери пазл»
Рисунок 5 – Задание 3 «Кроссворд»
Рисунок 6 – Вопросы к кроссворду
Данный проект предваряется стандартным окном заставкой, которое содержит типичное для всех программных продуктов меню. Меню проекта включает пункты «Игра» и «Справка». Первый – позволяет начать или завершить игру. Второй – содержит правила работы с программой и сведения о ее разработчиках.
В разработке первого задания применяется графическое решение замены одной картинки на форме другой. Для поля из 16 составляющих необходимо 9 картинок. Восемь пар позволяют замостить экранную форму. А оставшаяся девятая картинка должна быть в цвет заднего фона. Шестнадцать ее копий в начале игры скрывают вид основных картинок. Щелчок на выбранном поле меняет положение основной картинки с заднего фона на передний план. Это возможно реализовать при помощи свойства видимости каждой из картинок. Основная картинка становится видимой, а закрывающая ее до действия, наоборот, нет. При выполнении задания, если игрок находит пару одинаковых изображений, то они удаляются с формы. Для этого отключается свойство отображения их на форме. Если он ошибается в выборе парного изображения, то обе картинки закрываются девятой картинкой, становятся невидимыми.
Программная реализация второго задания схожа с первым заданием. Для него необходимо 16 картинок. Пятнадцать – составляющих пазла и одна картинка в цвет экранной формы. В отличие от первого задания щелчок по картинке меняет ее местами с пустой картинкой. При этом данные изображения должны быть соседними, то есть иметь общую сторону. В задании также используется свойство отображения картинки на форме. При этом процедура выполнения щелчка включает смену координат расположения двух изображений.
Третье задание включает две формы. Одна из них содержит обычный текст с вопросами кроссворда, размещенный на ней с помощью стандартного поля Memo. Вторая – клетки для ввода ответов на вопросы. Клетки представляют собой поля, в которые можно вводить символы с клавиатуры. Правильные ответы хранятся в отдельном файле. Расположение символов в нем позволяет сгенерировать расположение клеток на форме. Пробелы интерпретируются как пропуски клеток для ввода. Над большими буквами, записанными в файле, располагаются номера вопросов. При ошибочном вводе буквы программа выдает сообщение о количестве ошибочных попыток при разгадывании кроссворда.
Рассмотрим еще один проект – «Спички» (рис. 7). Данный проект реализует классическую игру, по правилам которой необходимо по очереди брать определенное количество спичек. В данной версии игры по очереди ходят компьютер и игрок. Порядок определяется жребием. За один ход можно взять от одной до трех спичек. Выигрывает тот игрок, кто взял последнюю спичку. В таких играх спички можно заменить любым другим объектом, например, камушком или монеткой.
Рисунок 7 – Проект «Спички»
Стартовая форма проекта также как и в предыдущем содержит стандартное меню, пункты которого «Игра» и «Помощь» аналогичны по содержанию пунктам проекта «В поисках «Черной жемчужины»». Кроме того, добавлен пункт «Настройки». В нем пользователь может задать уровень сложности игры – «простой», «сложный» и «гуру», а также выбрать исходное количество спичек от 2 до 50.
Программная реализация включает расположенные на главной форме проекта две области. Первая, реализованная с помощью StringGrid, предназначена для отображения графического изображения спичек. Вторая – объект GroupBox – содержит элементы Label для отражения статуса игры (см. рис. 7). При помощи щелчка мышью игрок выделяет спички на поле и нажимает кнопку «Взять». При выделении спички, она меняет свое расположение на форме, как бы выдвигаясь вперед. Программно происходит замена в ячейке StringGrid одного изображения спички другим, что имитирует ее смещение на форме.
Проекты «Балда» (рис. 8) и «Виселица» (рис. 9) с одной стороны отличаются по идее от предыдущих проектов и в тоже время близки по своей программной реализации. Они имеют поле, содержащее буквы русского алфавита. И в том и в другом проекте необходимо составлять слова. В первом – поочередно с компьютером. При этом чтобы выиграть следует придумывать слова как можно большей длины. Нужно учитывать, что словарь игры должен включать эти слова. При необходимости словарь можно расширить, изменив текстовый файл программы. Игра завершается, когда на поле нет пустых клеток. Во втором – необходимо угадать слово по буквам, сделав не более 5 ошибок. В игре можно воспользоваться подсказкой, отражающей вопрос на загаданное слово. Буквы, которые были уже использованы, становятся не активными. Угадав одно слово можно перейти к следующему заданию.
Рисунок 8 – Проект «Балда»
Рисунок 9 – Проект «Виселица»
В играх «Балда» и «Виселица» следует перетащить букву алфавита с одного поля формы на другое. При этом в первой игре после этого необходимо выделить оставшиеся буквы слова и проверить есть ли составленное слово в алфавите программы. Во второй игре сразу осуществляется простейшая проверка соответствия буквы ее месту в слове. Эти же действия можно осуществлять и по щелчку мыши, выделив наперед место на поле объекта StringGrid. В данных проектах, как примерах игр второй группы, применяется та же идея смены изображений, только с множественным выбором.
Рассмотрим еще один более сложный с точки зрения программной реализации проект – «Японский кроссворд» (рис. 10). Как и в любом японском кроссворде необходимо сопоставить числа по горизонтали и вертикали количеству закрашенных клеток в рядах игрового поля. После закраски всех клеток поля на нем можно увидеть скрытое изображение.
Рисунок 10 – Проект «Японский кроссворд»
На форме проекта расположен ряд интуитивно понятных кнопок с изображениями. Манипулируя с закрепленными за этими кнопками действиями можно задать размеры поля, очистить его, загрузить рисунок, создать его или импортировать из графического файла. После этого можно перейти к решению кроссворда, нажав кнопку рисования. На любом этапе можно сохранить частичное решение, проверить его или перейти к новой игре.
В этом проекте реализован принцип закраски клеток карты одним из цветов – белым, серым или черным. В полях белого цвета указаны числовые значения, серый цвет инициализирует клетки игрового поля, а черный цвет служит для раскрашивания картинки. Смена цвета клетки игрового поля осуществляется изменением соответствующего свойства клетки по щелчку или протягиванию мыши. Однако в зависимости от выбора закрашиваемой клетки программно необходимо проанализировать множество вариантов последующего взаимного расположения пустых и закрашенных клеток. Данный операция вместе с наличием достаточно богатого выбора инструментария в программе усложняет ее код естественным образом, так как необходимо учесть всевозможные действия пользователя при разгадывании кроссворда. Так, например, пользователь может самостоятельно построить изображение для кроссворда. Для этого у него имеется возможность в клетки поля белого цвета заносить числовые данные или закрасить серые клетки. Это приводит к необходимости двустороннего анализа – поставить в соответствие числовым данным черные клетки игрового поля и наоборот, а также запомнить установленное взаимное соответствие в программном файле.
В подобных проектах можно сочетать развлекательный характер с познавательным интересом учащихся. Так проект «Маша и медведь в мире математики» (рис. 11) схож в реализации программного кода с проектом «В поисках «Черной жемчужины»». В коде запрограммировано составление пазла с Рене Декартом, разгадывание кроссворда Леонардо Эйлером, решение занимательных задач с Фридрихом Гауссом и «Веселые игры» с Бернардом Риманом. Все задания данного проекта имеют учебную составляющую, а не отвлеченный сюжет. В связи с этим такие проекты можно использовать на уроках в качестве методического материала.
Рисунок 11– Проект «Маша и медведь в мире математики»
Таким образом, игры-проекты данного вида включают изменение положения графического объекта на форме с помощью:
- смены свойства отображения картинки с True на False и обратно;
- изменения расположения изображений на форме;
- смены свойства цвета изображения.
Описанные в проектах статьи графические решения управления объектом на форме требуют знания в отдельной сравнительно небольшой области программирования компьютерной графики. В связи с этим разработка простейших игр вполне осуществима на кружках по информатике в школе физико-математического профиля. Такого рода проекты, как показывает практика, наряду с подготовкой и участием в олимпиадах [8] и научных конкурсах [9], заинтересовывают учеников в совершенствовании своих навыков в программировании, что способствует их дальнейшему интеллектуальному росту и осознанному выбору будущей профессии.
Библиографический список
- Козлов С. В. Особенности обучения школьников информатике в профильной школе // Научно-методический электронный журнал «Концепт». – 2014. – № 1. – С. 31-35. ART 14006. – URL: http://e-koncept.ru/2014/14006.htm.
- Козлов С. В. Актуальные вопросы использования адаптивных информационно-образовательных систем в профильной школе // Наука и образование в XXI веке: сборник научных трудов по материалам международной научно-практической конференции 30 сентября2013 г.: в 34 частях. – Ч. 21. – Тамбов: Бизнес-Наука-Общество, 2013. – С. 48-51.
- Козлов С. В. Анализ результатов экспериментальной деятельности по изучению основ объектно-ориентированного программирования в школьном курсе информатики // Современные научные исследования и инновации. 2014. № 6-3 (38). С. 16.
- Лавский С. А., Баженов Р. И. Дидактическая игра по теме «Хранение и обработка информации в базах данных» // Современная педагогика. 2014. № 11. [Электронный ресурс]. URL: http://pedagogika.snauka.ru/2014/11/2980 (дата обращения: 21.11.2014).
- Киселева М. П. Занимательная информатика // Педагогическая информатика. – 2009. – № 4. – С. 25-29.
- Козлов С. В. Структура, содержание и специфика вычислительной практики студентов математического профиля направления подготовки «Педагогическое образование» // Гуманитарные научные исследования. 2014. № 7 [Электронный ресурс]. URL: http://human.snauka.ru/2014/07/7387 (дата обращения: 31.07.2014).
- Максимова Н. А. Развитие логического мышления учащихся с использованием информационных технологий // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 5. – С. 32.
- Козлов С. В. О подготовке школьников к участию в олимпиадах по информатике // Психология, социология и педагогика. 2015. № 1 [Электронный ресурс]. URL: http://psychology.snauka.ru/2015/1/4255 (дата обращения: 14.01.2015).
- Козлов С. В. Анализ результатов участия учащихся в дне науки по информатике в контексте организации профильного обучения // Гуманитарные научные исследования. – 2014. – № 4 (32). – С. 16.