education - חינוך המינהל למדע וטכנולוגיה - מגמת מדעית טכנולוגית
 
 
 
פורטל התוכן החינוכי
צרו קשר
לאתר המינהל
 
 
 
 
 
אלגוריתמיקה
 
 

רציונל

התפיסה הכוללת

 

המגמה המדעית-הנדסית שואפת להקנות לתלמיד כלים להתמודדות עם מערכות חומרה משולבות יחידת עיבוד בראייה מערכתית סביב תוצר, ובסיום הלמידה - פרויקט גמר. 


ומכאן המודל הכללי:


התלמיד – צריך להתייחס לכל קודקוד במודל הכללי בהתאם לנפחו היחסי (של כל קודקוד) בפרויקט השלם.
על התלמיד ליצור הבחנה ברורה בין מכלולי המודל (התייחסות בנפרד לכל קודקוד) ולעמוד על הקשרים ויחסי הגומלין בין המכלולים.

 

המנחה/מורה – צריך להבנות תהליך שבו השלבים:

  • תיאור הרעיון המוצע ומיקודו
  • בחינת החלופות הקיימות
  • איסוף הידע הדרוש וארגונו
  • הגדרת קהל היעד
  • הצבת הדרישות למערכת הכוללת ולכל מרכיב בנפרד
  • למידה והצגת פתרונות אפשריים לכל מרכיב ברעיון
  • בחירה בין פתרונות שונים בהתאם לדרישות
  • תיאור אופן שילוב הפתרון הנבחר במערכת

 

חומרי הלימוד – יעסקו בכל היבט במשולש בנפרד תוך כדי השקה מתמדת ומפורשת עם היבטים רלוונטיים מקודקודים אחרים. חומרי הלימוד צריכים להציג בעיקר את הגישה והמסגרת, ואת עיקר הידע המדעי על המנחה/מורה לצקת.

כלי עיצוב אשר רצוי לכלול בקובץ הנחיות לכתיבת עבודה:

  • שימוש בכותרות
  • פסקאות
  • הערות שוליים
  • הפניה למקורות ספרותיים
  • תרשימי זרימה
  • תרשים מלבנים
  • אלגוריתמים
  • גרפים
  • טבלאות


התפיסה הפרטנית - אלגוריתמיקה ותוכנה


מאחר שהלימודים במגמה מובילים לעבודת גמר בהתאם למודל משתמש, חומרה, תוכנה, על התלמיד לרכוש את כלי הפיתוח, העיצוב והיישום המתאימים על מנת שיוכל להעמיד פתרון אלגוריתמי מתאים ויעיל ככל האפשר.
לשם כך על התלמיד לרכוש הבנה וראייה רחבה בתחומי התוכנה והחשיבה האלגוריתמית, ומכאן שחומרי הלימוד צריכים לכלול את הנושאים הבאים:

  • אלגוריתמיקה
  • שפות תכנות
  • עקרונות התכנות
  • בסיסי נתונים וניתוח מערכות
  • מבני נתונים
  • לוגיקה
  • מערכות הפעלה
  • כלים אלו יאפשרו לתלמיד:
  • לנתח את הרעיון המוצע ולפרקו למרכיביו תוך כדי זיהוי הישויות במערכת, טיב הקשרים והמידע העובר בין הישויות במערכת.
  • לבנות מודל טבלאי לטיפול בנתונים.
  • לזהות את מודולות המערכת – בחלוקה גסה:

                                    

ממשק משתמש 

  • זיהוי משתמשים (משתמש קצה, מנהל, ואחרים)
  • עיצוב מסכי תצוגה - עבור כל קבוצת משתמשים
  • מסך כניסה (לוגו, סיסמה, וכיוצא באלה)
  • הגדרות מערכת
  • תצוגה שוטפת
  • דוחות וסיכומים
  • ממשק נתונים
  • עיצוב מבנה נתונים מופשט עבור המידע
  • זיהוי השגרות בממשק ואפיונן
  • כתיבת אלגוריתם עבור כל שגרה בממשק
    ממשק חומרה
  • תיאור הערוצים הרלוונטיים (PORTS) ואופן הגישה אליהם בשפה
  • מיפוי כניסות ויציאות - אילו אלמנטים ולאילו רגליים
  • טבלת INPUT  וטבלת OUTPUT

תפיסת ההוראה 

  • ספרים רבים וטובים חוברו עבור מקצוע מדעי המחשב, ותכנית ההוראה המוצעת לא מתיימרת לשכתבם עבור המגמה המדעית-הנדסית או להחליפם. להפך, הפעילויות המוצעות - מטרתן להעשיר ולהרחיב את הידע הנלמד על פי הספרות הקיימת מחד, ומאידך להציג את אופן היישום של החומר הנלמד על מערכות חומרה – דבר שלא נעשה במסגרות הלימוד הרגילות.
  • תחום אלגוריתמיקה שואף להוביל את התלמיד לגיבוש אסטרטגיות לפתרון בעיות המשלבות מכניקה ואלקטרוניקה ומשובצות מעבד. לפיכך, על התלמיד לדעת לנתח בעיה, בנוסף להיבטים המכניים והאלקטרוניים, גם בתפיסה אלגוריתמית.
  • בפעילויות הנכתבות עבור תחום אלגוריתמיקה יש ניסיון להציג בפני התלמיד וללמדו את הכלים הבאים:
    • אסטרטגיות לניתוח ופישוט בעיות
    • זיהוי תהליכי בקרה בתת-משימות (סיעוף מותנה, לולאות, שגרות)
    • מבני נתונים
    • מודלים טבלאיים
    • ממשקים – ממשק משתמש, ממשק נתונים וממשק חומרה
    • כלים להערכת יעילות הפתרון האלגוריתמי המוצע
    • רכישת כלים אלו יאפשרו לתלמיד לגבש פתרון אלגוריתמי נכון ויעיל

                    עבור המשימות שאותן עליו לפתור.

    • המורה צריך ללמד שפת תכנות בעזרת ובהתאם לספרים המצויים בשוק, ואלגוריתמיקה - בעזרת הפעילויות שנכתבו ויכתבו עבור המגמה, וכמובן בעזרת כלים נוספים ככל יכולתו.


נושאים מתוך תכנית הלימודים באלגוריתמיקה שעבורם נכתבה פעילות

1.  ניתוח ופישוט בעיות שנדרש להן פתרון אלגוריתמי
     הצגת שלבי הפיתוח

א.        דוגמאות לפיתוח בעזרת השלבים

2.  שיטות לתיאור אלגוריתם

א.        מהו אלגוריתם (בצירוף דוגמה)

ב.        דגש על התפיסה המודולרית

ג.         מבנה פיזי של שגרה

ד.        מבנה תוכני של השגרה בהתאם לאופי התיאור

3.    ביצוע מותנה

א.        מתי נשתמש בתנאי

ב.        כיצד נגדיר תנאי

ג.         תיאור אלגוריתמי של תנאי

ד.        תנאים מורכבים

4.    ביצוע חוזר באורך ידוע מראש

א.        זיהוי הצורך בלולאות "סגורות"

ב.        תיאור אלגוריתמי של לולאה "סגורה"

ג.         קינון לולאות

ד.        מעקב אחר ביצוע לולאות

5.       ביצוע חוזר מותנה

א.        מתי נשתמש בלולאה מותנית

ב.        סוגי לולאות ואופן הצגתן בתיאור אלגוריתמי

ג.         זקיף

ד.        מעקב אחר ביצוע לולאות

ה.       קינון לולאות

6.      מערך חד ממדי בייצוג אלגוריתמי

א.        מהו מערך ומתי נשתמש בו

ב.        ייצוג מערך באלגוריתמיקה

ג.         העברת מערך לשגרה

ד.        מעקב אחר אלגוריתם העושה שימוש במערך

ה.       למה משמשים המערך והפעולות שניתן לבצע עליו

ו.          חבילות תוכנה המטפלות במערכים

7.      מבוא לאלגוריתמים רקורסיביים

א.        פעילות תלמידים להבנת התפיסה הרקורסיבית

ב.        מהי רקורסיה

ג.         בניית אלגוריתם רקורסיבי

ד.        מעקב אחר ביצוע רקורסיה

 

 

        הנושא
       מטרות הפעילות

1

מבני נתונים מופשטים

מתן כלים מתקדמים לניתוח בעיות מורכבות שנדרש להן פתרון אלגוריתמי

2

ממשקים (Units)

כלים לארגון הפתרון

3

פנייה לערוצי I/O

לאפשר לתלמידים לפנות באמצעות המחשב אל חומרה המחוברת למתאמי קלט/פלט

4

המודל הטבלאי

לתת לתלמידים כלים לבניית מסדי נתונים וטיפול בהם

5

קבצים

בניית קבצים לסוגיהם ופעולות על קבצים

6

מושגים באנליזה נומרית

דגש על מגבלות חומרה ודרכים לצמצום אפשרות הסטייה מהערך שאליו מתכנסים

7

מבוא לשפות תכנות

הצגת משפחות של כלי תכנות כדי שלתלמיד תהיה היכולת לבחור בכלי המתאים למימוש הפתרון

8

מבוא

ל-Real Time

הבנת עקרונות עבודת הפסק מול עקרונות אחרים (כמו "דחף" למשל), הכרת מנגנון הפסק וכתיבת תכניות פשוטות המשתמשות בו

שעות הוראה


התכנית המוצעת באלגוריתמיקה על פי הסילבוס שאושר, דורשת הקצאה של 6 ש"ש לפחות ללימוד החומר, ומתחת להיקף זה לא יוכלו התלמידים להגיע לרמת הבקיאות ויכולת היישום הנדרשות.


הפעילויות המוצעות - מטרתן להקנות לתלמיד את הכלים המתאימים לביצוע פרויקט חומרתי משולב מעבד, ולכן בנוסף לנושאי הלימוד מתוך תכנית הלימוד שאושרה, יש להוסיף תכנים שיאפשרו תכנות בהתאם למודל הממשקים - משתמש, חומרה, נתונים.


אחרית


השאיפה היא שאוסף הכלים המוצע יקנה לתלמיד את האפשרות לנתח באופן מושכל את הבעיות העומדות בפניו, לפתח עבורן פתרונות יעילים וליישמם בכלים המתאימים ביותר, תוך כדי התחשבות במגבלות המחשב.


הפעילויות אמורות להיות מופעלות בנפרד כהעשרה והעמקה של תכנית הלימודים ה"קונוונציונלית".


כל פעילות אמורה לעמוד בפני עצמה, ואין מטרה לאגד את הפעילויות לכלל ספר סדור ומאורגן.

 

 

 
 
 
    תאריך עדכון אחרון:  15/01/2014  

עדכוני rss