Теория и методика изучения основ объектно-ориентированного программирования в школьном курсе информатики

Каждая вкладка разделена на две колонки. В левой колонке перечислены имена свойств или событий, а в правой - их значения. Значения свойств можно редактировать. Некоторые свойства имеют в поле значений собственный раскрывающийся список, в котором выбирается необходимое значение.

Редактор форм

Редактор форм (Form Designer) представляет собой инструмент визуальной разработки интерфейса приложения. С его помощью можно реализовать следующие функции:

· размещение компонентов на форме;

· модификацию свойств компонентов и самой формы;

· установку обработчиков событий.

Установка обработчиков событий

Обработчик события - это процедура, предназначенная для обработки реакции на какое-либо воздействие. События, па которые компонент может реагировать, перечисляются на вкладке Events инспектора объектов.

Чтобы установить обработчик для какого-либо события, выполните двойной щелчок мышью в поле значения события в инспекторе объектов. При этом происходит переключение в редактор кода, в котором автоматически генерируется код заголовка процедуры-обработчика события.

Delphi генерирует только заголовок обработчика события. Реакцию на событие требуется писать вручную в теле процедуры-обработчика, которая ничем не отличается от обычной процедуры языка Object Pascal.

Редактор кода

Редактор кода является обычным текстовым редактором, ориентированным на написание текстов программ. Его настройка производится с помощью окна диалога, открывающегося командой Tools > Editor Options главного меню или командой Properties контекстного меню.

Глава 2. Методика обучения визуальному программированию

2.1 Планирование школьного курса по объектно-ориентированному программированию

Весь курс условно можно разделить на две категории или составные части: это теоретический материал курса и практические занятия учащихся за компьютерами.

Теоретический материал предпочтительнее дать ученикам под запись, т.е. в виде лекций. К нему можно отнести следующие разделы курса: основные понятия объектно-ориентированного программирования; структура приложения в Delphi, проект, разработка сценария проекта, файлы проекта, описание файлов и отчасти идеология программирования под Windows.

Все остальные составляющие курса относятся ко второй части - практической. Это: визуальная среда программирования Delphi, инструментарий Delphi, основные категории Delphi; управление компонентами при проектировании, форма, её свойства, события, методы; разработка и реализация простого приложения; разработка проекта; графические возможности Delphi и отчасти идеология программирования под Windows.

В занятиях акцент следует сделать на практическую часть курса, а точнее на изучение среды Delphi и разработку приложений, т.к. только с помощью практики у учеников появится реальная возможность понять и осмыслить такие теоретические понятия как инкапсуляция, наследование, полиморфизм, методы и др.

Тематический план курса приведён в приложении 26.

2.2 Методика изучения основных разделов объектно-ориентированного программирования

Данный параграф посвящён описанию методики изучения отдельных тем ООП в школьном курсе. Теоретический материал всех разделов можно найти в главе 1 данной работы.

1. Тема "Основные понятия ООП"

Данная тема целиком и полностью относится к теоретическому наполнению курса, поэтому изучение её предполагает проведение занятий в форме лекций, т.е. под запись в тетрадь. Так как тема является довольно объёмной и наукоёмкой, для её изучение необходимо отвести не менее 5-6 учебных часов.

На уроках по данной теме должны быть освещены такие понятия, как объект, его формула, правила описания объектов, методология ООП. Следует рассмотреть объект как совокупность полей данных и методов их обработки, визуализацию объектов, объекты и компоненты, классы объектов, описание классов, поля, методы и свойства. Обязательным элементом темы является рассмотрение трёх концепций ООП: инкапсуляция, наследование и полиморфизм.

Желательно при рассмотрении таких понятий как объект, методы и свойства приводить примеры из жизни, т.е. не связанные с информационными технологиями и программированием. Например: автомобиль - объект, свойства - цвет, марка, тип кузова и др., методы - завести двигатель, повернуть руль и т.д.

Требования к знаниям и умениям учащихся.

Учащиеся должны знать:

· что такое объект;

· что такое класс;

· как описывается класс;

· как описать объект;

· назначение полей класса;

· назначение методов;

· в чем состоит идея визуализации объекта;

· что представляют собой компоненты в Delphi;

· в чем состоят принципы инкапсуляции, наследования и полиморфизма;

· об иерархии объектов;

· способы обращения к полям внутри метода и другим методам;

· о динамическом характере объектов;

· как использовать объект в программе.

2. Тема "Идеология программирования под Windows"

Так как объектно-ориентированное и визуальное программирование предполагает разработку приложений, работающих в ОС Windows, данная тема является необходимой для курса. С точки зрения формы проведения занятий предполагается разделить изучение темы на две части: практическую и теоретическую. Лучше начать с практической.

Примерная схема проведения занятия может быть следующей. Посадив учащихся за компьютеры, учитель рассказывает об интерфейсе Windows, принципах работы Windows-приложений, порядке обработки событий при работе в среде Windows. При этом учителю следует давать краткие указания к действиям, выполнив которые ученики смогут увидеть всё это на примере. Это может быть открытие и закрытие окон, их перемещение и др.

Обязательно нужно сравнить принципы работы Windows-приложений с DOS-приложениями, рассказать, в чём их отличие и в чём их сходства.

К теоретической части можно отнести описание технологии визуального проектирования и событийного программирования в среде Windows. Здесь же следует рассмотреть последовательность действий при разработке Delphi-приложений. Начиная с данной темы, нужно постепенно готовить учащихся к разработке приложений в Delphi.

Требования к знаниям и умениям учащихся.

Учащиеся должны знать:

· что представляют собой DOS-приложение и Windows-приложение, в чем их принципиальные отличия;

· что такое событие, и какие они бывают;

· что такое отклик на событие;

· что представляет собой обработчик события;

· как работает Windows-приложение;

· что такое визуальное проектирование;

· основные принципы программирования в среде Windows.

3. Тема "Визуальная среда программирования Delphi. Инструментарий Delphi. Основные категории Delphi: свойства, события, методы"

Под изучение данной темы отводится не более 4 часов учебного времени. Следует отметить, что для того, чтобы вести курс обучения ООП учитель должен не только знать теорию ООП, но и владеть как минимум одним ОО языком, в частности знать Delphi. Практический подход к изучению напрашивается сам собой.

В процессе прохождения темы ученики должны изучить окна в Delphi (главное окно, окно формы, инспектор объектов и т.д.), их структуру. Необходимо рассмотреть свойства в качестве атрибуты объекта, примеры свойств. Лучше всего в качестве примера привести свойства формы, а именно свойства, от которых зависят размеры и расположение форм на экране. Это высота, ширина, свойство видимости, координаты левого верхнего угла формы (Left, Top, Width, Height, Visible).

Очень важным является объяснить учащимся, что свойства компонентов (объектов) можно менять не только визуально через окно Инспектора объектов, но и программным путём. Также следует объяснить разницу между изменением свойств на этапе проектирования программы и изменением их на этапе выполнения программы.

Отдельное внимание нужно уделить изучению инспектора объектов. Особый акцент нужно сделать на создание с его помощью событий, т.е. откликов объектов на внешние воздействия. Это события как свойства процедурного типа, события мыши, клавиатуры и системные события. Учеников надо научить использовать методы обработки событий.

На последнем уроке по данной теме рекомендуется предложить учащимся создать приложение с простейшим обработчиком события. Примером такой программы может стать создание кнопки для выхода из программы. Научить учеников размещать кнопку на форме нужно заранее. Перед тем, как ученики приступят к выполнению задания, нужно обсудить с ними порядок их работы и написать на доске метод для закрытия программы. Это могут быть методы:

Application.terminate;

Close;

Halt;

Следует объяснить ученикам различия в результатах использования этих методов. Close закрывает лишь активную в данный момент форму, тогда как другие просто прерывают выполнение программы. Результат их выполнения не имеет различий в одном случае - когда в приложении используется только одна форма.

Требования к знаниям и умениям учащихся

Учащиеся должны знать:

· назначение основных окон Delphi;

· назначение основных команд меню;

· инспектор объектов, его страницы свойств и событий;

· способы изменений свойств, в чем их отличие.

Учащиеся должны уметь:

· изменять свойства двумя способами;

· написать простейший обработчик события.

4. Тема " Структура приложения в Delphi. Проект. Файлы проекта. Описание файлов"

Изучение данной темы делится на изучение её теоретических и практических аспектов. К теории можно отнести изучение структуры приложения в Delphi, основных типов и назначений файлов, входящих в Delphi-проект.

Основными файлами проекта являются модуль проекта, описание формы и модуль формы, которые автоматически генерируются после создания нового приложения и при сохранении записываются в файлы с расширениями dpr, dfm и pas, соответственно. Помимо этих трёх основных файлов проект содержит ещё три файла, в которых находится служебная информация:

§ файлы с расширениями dof и cfg содержат сведения о параметрах проекта, заданных в окне диалога Project Options;

§ файл с расширением res - это файл ресурсов проекта.

Ученики должны знать, что модуль формы проекта (pas) - это текстовый файл, содержащий код программы, относящийся к определённой форме. Файл описания формы (dfm) содержит описание свойств формы и компонентов, размещенных на форме.

Следует объяснить учащимся, что хранить файлы одного проекта лучше всего в отдельной папке; это и удобно, и соответствует компьютерной грамотности и хорошему тону программирования.

Практически ученикам нужно предложить открыть файлы формы, проекта и модуля формы уже сохранённого проекта с помощью текстового редактора (блокнот) и изучить их.

Требования к знаниям и умениям учащихся.

Учащиеся должны знать:

· что входит в процедуру разработки сценария Delphi-приложений;

· какие основные типы файлов входят в Delphi-приложение (проект) и их назначение.

Учащиеся должны уметь:

· создавать папки проектов и понимать назначение хранящихся в них файлов;

· устанавливать свойства компонентов с помощью инспектора объектов;

· описывать методы обработки событий в файле программных модулей.

Учащиеся должны быть ознакомлены:

· с назначением файлов ресурсов, опций, настроек.

5. Тема "Управление компонентами при проектировании. Форма, её свойства, события, методы".

Изучение данной темы предполагает чисто практический подход. Причём здесь речь пойдёт не о создании приложений, а о многочисленных возможностях среды Delphi. Это работа с компонентами: помещение на форму, выделение компонента, удаление компонента, копирование; использование встроенной помощи. Также рассматриваются форма и её свойства, задание размеров и положения формы, задание цветов.

Кроме всего прочего в данной теме рассматриваются многочисленные возможности по настройке проектов Delphi. Например: заголовок формы, значок формы, видимость формы, использование файлов справки.

К содержанию темы также относятся основные события формы. Это события создания, появления формы, её активизации и др. (OnCreate, OnShow, OnActivate).

Требования к знаниям и умениям учащихся.

Учащиеся должны знать:

· способы работы с компонентами в Delphi;

· что представляет собой форма в Delphi;

· основные свойства формы;

· основные события формы.

Учащиеся должны уметь:

· помещать компоненты на форму (различными способами);

· выделять компоненты;

· копировать компоненты;

· изменять свойства компонентов визуально, с помощью инспектора объектов и программно;

· получать помощь (обращаться к справочнику) по работе с компонентами;

· задавать размеры и положение формы на экране;

· изменять заголовок и создавать значок формы.

6. Тема "Разработка и реализация простого приложения".

Данная тема является сугубо практической. Пользуясь ранее полученными знаниями, учащиеся должны создать простейшее приложение. В качества такого приложения может быть рекомендована программа "Вычислитель скорости бега спортсмена", которая рассчитывает скорость в зависимости от расстояния и времени и выдает на экран результат (приложение 27).

Разработка приложения в методическом плане складывается из следующих этапов:

1) Постановка задачи, включающая:

· точную формулировку решаемой задачи;

· изображение на бумаге всего того, что планируется увидеть на экране, т.е. создание кадра; кадров может быть один или несколько, но в данной теме рекомендуется обойтись одним;

· написание сценария работы приложения.

2) Разработка формы.

3) Обработка событий.

Требования к знаниям и умениям учащихся.

Учащиеся должны уметь:

· четко формулировать задачу и оценивать возможность её решения средствами Delphi;

· изображать на бумаге будущий кадр;

· писать простейшие сценарии;

· разрабатывать простую форму, задавая шрифты, цвета, размеры, расположение на экране;

· задавать стиль формы;

· описывать обработку несложных событий.

7. Тема "Разработка проекта".

Данная тема является продолжением предыдущей, но на более высоком уровне требований к навыкам учащихся. Учителю следует выбрать проект, при реализации которого учащиеся освоят новые для них возможности Delphi.

В качестве примера такого проекта можно предложить разработать программу просмотра картинок. Пусть приложение состоит их двух форм: главной формы - заставки и рабочей формы, где и развернутся все основные события (загрузка картинок с помощью меню Файл) (приложение 28).

Для получения необходимого эффекта, ученикам нужно будет поместить на вторую форму следующие компоненты: Image, MainMenu и OpenPictureDialog (Изображение, Главное меню и Диалоговое окно открытия картинки). От учителя требуется научить учеников использовать эти компоненты, т.е. писать обработчик событий для Главного меню и Диалогового окна (приложение 29).

Требования к знаниям и умениям учащихся.

Учащиеся должны уметь (дополнительно к полученным ранее умениям):

· пользоваться и создавать меню, переключатели, диалоговые окна;

· создавать и подключать вспомогательные формы.

8. Тема "Графические возможности Delphi".

Как и две предыдущие, данная тема предполагает практическое её изучение. Будут подробнее изучаться способы вывода графической информации средствами среды Delphi. Как известно компьютерная графическая информация делится на два вида: векторная и растровая. В Delphi имеется возможность использовать оба вида. Однако если растровую графику можно просто изобразить на форме с помощью компонента Image, то векторную графику можно формировать программным путём с помощью компонента Shape и свойства Canvas.

Также следует рассказать о встроенном в Delphi редакторе изображений Image Editor.

Требования к знаниям и умениям учащихся.

Учащиеся должны знать:

· какие графические возможности предоставляет Delphi.

Учащиеся должны уметь:

· размещать на форме готовую картинку;

· создавать свою картинку, используя Image Editor;

· изображать простые геометрические фигуры, использовать штриховку и закраску;

· формировать изображения программным способом.

2.3 Методика контроля знаний

Проблема контроля знаний по курсу ООП в школе видится весьма трудной. Если теоретические знания учащихся можно проверить при помощи проведения опросов или тестов, то с практическими навыками история совсем другая. Взять хотя бы домашнее задание. Ведь даже в наш век информационных технологий не у всех учеников есть возможность заниматься дома, т.к. у них нет компьютеров. Такие учащиеся заметно отстают в скорости и эффективности работы от своих сверстников, у которых дома есть компьютер. Поэтому учитель не может дать на дом практическое задание. Выход из такого положения может быть, например, следующим: перед каждым практическим занятием учитель заранее предупреждает о том, чем они будут заниматься и какие приложения будут строить. А в качестве домашнего задания ученикам следует разрабатывать алгоритмы программ, сценарии создания проектов, обдумывать отдельные блоки программы (например, обработчики событий).

Что касается контрольных срезов теоретических знаний, то, как уже было сказано выше, их можно провести в тестовой форме. Причём в тестовые вопросы можно помещать не только вопросы из основ объектно-ориентированного программирования, но и вопросы, связанные со средой Delphi. Например: какова функция Инспектора объектов, зачем нужна Панель компонентов и др.

Заключение

ООП в настоящее время занимает ведущее место в разработке профессиональных программных средств. Ознакомление с его основами в школьном курсе информатики представляется вполне возможным и полезным для тех учащихся, которые ориентируются на профессии, связанные с разработкой компьютерных программ.

В ходе изучения данного курса будут решены три круга задач:

· освоение методологии ООП;

· овладение техникой ООП на одном из языков;

· введение учащихся в проблематику, адекватную данному подходу, расширение общего кругозора (т.е. общеобразовательный компонент).

При этом немаловажную роль играет выбор языка программирования. Быстро растущая популярность визуального программирования (которое не тождественно классическому объектному, но связано с ним многими общими идеями) в системах программирования типа Delphi, Visual Basic, C++Builder делает привлекательной идею положить одну из них в основу курса. На этот счёт в педагогической литературе высказываются различные точки зрения.

Одна из них состоит в том, что несомненная занимательность и облегченность создания программ визуально-объектным способом не вполне соответствует усвоению идей и методов объектного программирования при проведении относительно короткого курса. Другие аргументы в пользу ориентации в школьном курсе информатики на традиционные объектные средства, содержащиеся в версиях языка Турбо Паскаль от 5.5 до 7.0, - несомненная преемственность по отношению к курсу программирования на Паскале, существенно меньшие требования к компьютеру.

Другая, в значительной мере противоположная точка зрения связана с ориентацией в первую очередь на систему программирования Delphi. Delphi является системой объектного программирования, созданной на базе Паскаля; по оценке специалистов, её профессиональный уровень очень высок.

В любом случае следует понимать, что методика изучения в школе любых видов объектного программирования разработана совершенно недостаточно и что этот процесс в настоящее время, по существу, находится на начальной стадии.

Список литературы

1. Лапчик М.П. и др. Методика преподавания информатики: Учеб. пособие для студ. пед. вузов / М.П. Лапчик, И.Г. Семакин, Е.К. Хеннер; Под общей ред. М.П. Лапчика. - М.: Издательский центр "Академия", 2001. - 624 с.

2. Избачков Ю. С., Петров В. Н. Информационные системы: Учебник для вузов. 2-е изд. - СПб.: Питер, 2005. - 656 с.: ил.

3. Семакин И.Н., Шестаков А.П. Основы программирования: Учебник. - М.: Мастерство; НМЦ СПО; Высшая школа, 2001. - 432 с.

4. Угринович Н. Д. Информатика и информационные технологии. Учебник для 10 - 11 классов / Н. Д. Угринович. - 2-е изд. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2005. - 511 с.: ил.

5. Могилев А.В., Пак Н.И., Хеннер Е.К. Информатика: Учеб. Пособие для студ. пед. вузов / Под ред. Е.К. Хеннера. - М.:Изд. центр "Академия", 1999.

6. Сборник задач по программированию / Авт.-сост. А.П. Шестаков. - Пермь: Перм. ун-т, 1999.

7. Бобровский С. Delphi 7. Учебный курс. Информ-Пресс; Питер, 2003.

Приложение 1

type

TMyClass = class

fleld1 : type_definition1;

field2 : type_definition2;

procedure method1;

function method2 : type_definition3;

end;

Приложение 2

var Object1 : TMyClass;

Приложение 3

TSampleClass = class(TObject) // Объявление нового класса

FSample : integer; // Поле класса

procedure SampleMethod; // Метод класса

end;

Приложение 4

TSampleClass = class(TObject) // Класс со свойством

FSample : integer;

procedure SetProp : TPropType; // Метод записи

function GetProptNewValue : TPropType); // Метод чтения

// Объявление свойства

property SampleProp ; TPropType read GetProp write SetProp;

end;

Приложение 5

function TSampleClass.GetProp : TPropType;

begin

Result:=SampleField;

end;

procedure TMyClass.SetProp(Value : TPropType);

begin

SampleField:=Value;

end;

Приложение 6

TSampleClass = class(TObject)

FSample : integer;

property SampleProp : TPropType read FSample

write FSample;

end;

Приложение 7

TCircle = class

Х,у : double;

r : double;

function area : double; virtual;

function circumference : double;

function inside(x,y:double) : boolean: virtual;

end;

TRing = class(TCircle)

r2 : double;

function area : double; override:

function circumference2 : double;

function inside(x.y:double) : boolean; override;

end;

Приложение 8

try

оператор_1;

оператор_2;

except

on исключителыная_ситуация_1 do оператор_3;

on исключительная_ситуация_2 do оператор_4;

else оператор_N;

end;

Приложение 9

try

оператор_1;

оператор_2;

finally

оператор_3;

оператор_4;

оператор_N;

end;

Приложение 10

type

TCircle = class

х,у : double;

r : double;

function area : double;

function circumference : double;

function inside(x,y:double) : boolean;

end;

Приложение 11

var

Circle : TCircle;

Приложение 12

TRing = class(TCircle)

r2 : double;

function area : double;

function circumference2 : double;

function inside(x.y:double) : Boolean;

end;

Приложение 13

Туре

идентификатор_типа_1 = integer;

Приложение 14

var

идентификатор_переменной_1 : integer;

Приложение 15

Целые типы Object Pascal

Обозначение типа	Диапазон значений	Занимаемый объем памяти
Без знака
Byte	0... 255	8 бит
Word	0... 65 535	16 бит
LongWord	0... 4 294 967 295	32 бита
Cardinal	0... 4 294 967 295	32 бита
Co знаком
Shortlnt	-128... 127	8 бит
Smalllnt	-32 768... 32 767	16 бит
Integer	-2 147 483 648... 2 147483647	32 бита
Longlnt	-2 147 483 648... 2 147 483 647	32 бита
Int64	-263 … 263- 1	64 бита

Приложение 16

Действительные типы Object Pascal

Обозначение типа	Диапазон значений	Количество значащих цифр	Объем памяти
Single	±(1.5 х 10-45... 3.4 х 1038)	7...8	4 байта
Real48	±(2.9 x 10-39... 1.7 x 1038)	11...12	6 байт
Real, Double	±(5 x 10-324... 1.7 х 10308}	15...16	8 байт
Extended	±(3.4 х 10-4932... 1.1 х 104932)	19...20	10 байт
Comp	-263 + 1... 263 - 1	19...20	8 байт
Currency	-922337203685477.5808... 922337203685477.5807	19...20	8 байт

Приложение 17

Var

А ; array of char;

Приложение 18

type

NumSet = set of AnsiChar;

var

A1 : NumSet;

A2 : set of 0..100;

Приложение 19

type

MyRecType = record

Field1 : integer;

field2,field3 : real;

field4 : array[0..4] of char;

end;

var

RecVar1 : MyRecType;

RecVar2 : record;

Field1 : byte;

field2.field3 : extended;

end;

Приложение 20

var

F1 : file of real; // переменная файла вещественных чисел

F2 : file; // нетипизированная файловая переменная

F2 : TextFile; // переменная текстового файла

Приложение 21

Интерфейс Delphi

Приложение 22

Окно диалога New Items обеспечивает доступ к хранилищу объектов

Приложение 23

Окно диалога Project Manager

Приложение 24

Панели инструментов Delphi

Приложение 25

Инспектор объектов

Приложение 26

Тематический план школьного курса "Основы объектно-ориентированного программирования"

Тема учебного занятия	Количество часов
1. Основные понятия объектно-ориентированного программирования	6
2. Идеология программирования под Windows	2
3. Визуальная среда программирования Delphi. Инструментарий Delphi. Основные категории Delphi: свойства, методы	6
4. Структура приложения в Delphi. Проект. Файлы проекта. Описание файлов	2
5. Управление компонентами при проектировании. Форма, её свойства, события, методы	2
6. Разработка и реализация простого приложения	4
7. Разработка проекта	6
8. Графические возможности Delphi	6
Всего:	34

Приложение 27

Приложение 28

Приложение 29

procedure TForm2.FormClose(Sender: TObject; var Action: TCloseAction);

begin

halt;

end;

procedure TForm2.N2Click(Sender: TObject);

begin

if openpicturedialog1.Execute then image1.Picture.LoadFromFile(openpicturedialog1.FileName);

image1.Show;

end;

procedure TForm2.N3Click(Sender: TObject);

begin

image1.Hide;

end;

procedure TForm2.N4Click(Sender: TObject);

begin

halt;

end;

Размещено на Allbest.ru