Programovacı Jazyky Pro Vy´Uku Programova´Nı Na

MASARYKOVA UNIVERZITA }w¡¢£¤¥¦§¨ FAKULTA INFORMATIKY !"#$%&'()+,-./012345

Programovacı´jazyky pro vyúku programovańıńa SSˇ

DIPLOMOVA´ PRA´ CE

Bc. Luka´sˇRy´dlo

Brno, 2012

Prohla´sˇenı´

Prohlasˇuji, zˇe tato diplomova´praće je my´m pu˚vodnı´m autorsky´m dı´lem, ktere´ jsem vypracoval samostatneˇ. Vsˇechny zdroje, prameny a literaturu, ktere´jsem prˇi vypracovańı´pouzˇı´val nebo z nich cˇerpal, v praći rˇa´dneˇcituji s uvedenı´m u´plne´ho odkazu na prˇı´slusˇny´zdroj.

Vedoucı´pra´ce: doc. RNDr. Toma´sˇPitner, Ph.D.

iii

Podeˇkova´nı´

Ra´d bych podeˇkoval vedoucı´mu sve´pra´ce, doc. RNDr. Toma´sˇi Pitnerovi, Ph.D. za ochotu ve´st me´te´ma, nevsˇednı´vstrˇı´cnost a trpeˇlivost i konkre´tnı´tipy.

v Abstrakt

Praće prˇina´sˇı´zhodnocenı´ru˚znyćh programovacıćh jazyku˚, metodik a prostrˇedı´ pro potrˇeby vyúky na strˇednıćh sˇkolaćh. V u´vodnı´kapitole jsou popsane´teoreticke´ koncepty, formy vyúky, analy´za metodik v oblasti vyúky programovańı´, vhodnost jednotlivyćh paradigmat. Druha´kapitola prˇina´sˇı´prˇehled za´kladnıćh metod graficke´ho popisu algoritmu, jejich vhodnost a vyuzˇitelnost prˇi vyúce. Trˇetı´kapitola zacˇıńańa´vrhem metodiky hodnocenı´programovacıćh jazyku˚pro potrˇeby vyúky a jejich prˇehledem. Dalsˇı´kapitola hodnotı´pro zmeˇnu ru˚zna´vy´vojova´prostrˇedı´, at’uzˇpouzˇı´vana´v beˇzˇne´praxi nebo urcˇena´prˇı´mo pro vyúku. Za´veˇr praće je veˇnovań vyúkovy´m materia´lu˚m pro semina´rˇz programovańıńa gymna´ziu v jazyce Java metodou objects first, resp. model first (viz kapitola 1.5).

Abstract

This thesis is focused on teaching programming at secondary level schools, in the way of choosing languages, methodics, paradigms and development environment useful for educational process as well as real life. First chapter contains theoretical concepts, teaching methods, paradigm analy- sis. Second chapter brieﬂy describes graphical representation of algorithms. Third chapter begins with language comparison methodics and then compares selected languages with description. Next chapter compares development environments, both used in real work and specialized on teaching purposes. Last part brings teaching materials for programming course on high school, in or- der to support teaching Java and object oriented programming/modeling in objects- ﬁrst way. This thesis is written in Czech language.

Klı´cˇova´slova

vy´uka programova´nı´, programovacı´jazyky, didaktika informatiky, strˇednı´sˇkoly, IDE, teaching programming, high school, paradigms

vi Obsah

0 U´ vod ...... 1 1 Teoreticky´za´klad ...... 3 1.1 Koho budu ucˇit ...... 3 1.2 Forma vyúky ...... 5 1.3 Co a procˇbudu ucˇit ...... 6 1.4 Paradigmata ...... 8 1.4.1 Funkciona´lnı´...... 8 1.4.2 Logicke´...... 9 1.4.3 Imperativnı´strukturovane´...... 9 1.4.4 Objektoveˇorientovane´...... 10 1.4.5 Uda´lostmi rˇı´zene´...... 11 1.4.6 Multiparadigmaticke´jazyky...... 11 1.5 Zarˇazenı´paradigmat do vyúky ...... 12 1.6 Jak budu ucˇit – obecna´metodika ...... 14 2 Graficky´popis algoritmu˚ ...... 21 2.1 Vy´vojove´diagramy ...... 21 2.2 Kopenogram ...... 24 2.3 Nassi-Shneidermannu˚v diagram ...... 26 2.4 UML ...... 26 3 Jazyky ...... 35 3.1 Metodika volby jazyka ...... 35 3.1.1 Kriteria hodnocenı´jazyku˚...... 36 3.2 Prˇehled vybranyćh jazyku˚ ...... 39 3.2.1 Pascal...... 39 3.2.2 C...... 41 3.2.3 C++...... 42 3.2.4 C# (.NET)...... 44 3.2.5 Visual Basic...... 45 3.2.6 Java...... 46 3.2.7 PHP...... 48 3.2.8 JavaScript (resp. ECMAScript)...... 50 3.2.9 Perl...... 51 3.2.10 Python...... 53 3.2.11 Ruby...... 54 3.2.12 Karel...... 56

vii 4 Vy´vojovaá vyúkova´prostrˇedı´ ...... 57 4.1 Robot Karel ...... 57 4.2 Lego Mindstorms ...... 58 4.3 Arduino ...... 59 4.4 Baltı´k ...... 59 4.5 Scratch ...... 61 4.6 Alice 3D ...... 61 4.7 BlueJ ...... 62 4.8 Greenfoot ...... 62 4.9 Dev-C++ ...... 63 4.10 MS Visual Studio Express ...... 63 4.11 Netbeans ...... 64 5 Prˇı´pravypro semina´rˇprogramovańı´ ...... 65 1. lekce – Terminologie a algoritmizace...... 66 2. lekce – Algoritmizace...... 70 3. lekce – Za´klady OOP...... 75 4. lekce – Atributy a datove´typy...... 77 5. lekce – Metody, API Greenfootu...... 78 6. lekce – Podmıńky a vy´jimky...... 79 7. lekce – Cykly...... 80 8. lekce – Procvicˇovańı´...... 81 9. lekce – Testy a TDD, BlueJ...... 82 10. a 11. lekce – Pole, kolekce, itera´tory...... 83 12. lekce – Souborovy´vstup/vy´stup...... 84 Dalsˇıńavrhovane´lekce...... 85 6 Shrnutı´ ...... 89

viii Kapitola 0 U´ vod

Jizˇneˇkolik let docha´zı´ke zmeˇna´m v prˇı´stupu k vyúce programovańıńa vysokyćh sˇkolaćh, byt’v Cˇeske´republice k tomu docha´zı´s mı´rny´m zpozˇdeˇnı´m vu˚cˇi za´padnı´mu sveˇtu. Meˇnı´ se nabı´dka programovacıćh jazyku˚ i metody vyúky, zacˇıńa´ se kla´st du˚raz i na ru˚zne´ metodiky vy´voje software, nejen na pouhou znalost syntaxe a se´mantiky konkre´tnı´ho jazyka, neˇktere´jazyky se opousˇtı´(jazyk symbolickyćh adres – neprˇesneˇnazy´vanyássembler), jine´se dosta´vajı´do poprˇedı´za´jmu a dalsˇı´se teprve prosazujı´(naprˇ. Ruby). Podobneˇdocha´zı´k diskusı´m a postupne´mu vy´voji i ve vyúce informatiky na strˇednıćh sˇkolaćh, v soucˇasne´dobeˇprˇedevsˇı´m dı´ky sta´tnı´maturiteˇ. Prˇesto na mnohyćh strˇednıćh sˇkolaćh v Cˇeske´republice se programovańı´sta´le ucˇı´ stary´mi metodami a v „osveˇdcˇenyćh“ jazycıćh jako je Pascal nebo VisualBasic. Zmeˇna veˇtsˇinou za´visıńa samotnyćh vyucˇujıćıćh informatiky,protozˇe zavedenı´m RVP 1 dosˇlo k prˇevedenı´zodpoveˇdnosti za volbu na´plneˇvyúky na sˇkoly. Nemalou roli ve volbeˇprogramovacı´ho jazyka pro vyúku hraje jisteˇi setrvacˇnost vyucˇujıćıćh a prˇedevsˇı´m absence mozˇnosti efektivnıćestou se novy´jazyk naucˇit. Pro mnohe´je ota´zkou „Ktery´je ten spra´vny´?“, protozˇe neexistuje v cˇesˇtineˇdostupne´shrnutı´dnes pouzˇı´vanyćh jazyku˚a jejich vhodnosti. Ve zmeˇti knih ru˚znyćh u´rovnıńa´rocˇnosti, kvality a cı´love´skupiny cˇtena´rˇu˚se lze teˇzˇko orientovat. Acˇkoliv Ra´mcovy´vzdeˇla´vacı´program pro gymna´zia [2, str. 63] deklaruje vyćhovu zˇa´ku˚k algoritmicke´mu mysˇlenı´, vyucˇujıćı´postra´dajıúcˇebnice a metodiku, ktera´by takovou abstraktnı´proklamaci aplikovala do prakticke´vyúky. Lepsˇı´situace nenı´ ani prˇi vy´beˇru ucˇebnic. Nabı´dka je sice sˇiroka´, ale pomeˇrneˇma´lo knih je vhodnyćh jako ucˇebnice pro strˇednı´sˇkoly – veˇtsˇinu z nich lze doporucˇit spı´sˇe jako doplneˇk vyúky pro samostudium. Pedagogickaópora ve formeˇsbı´rek prˇı´kladu˚k procvicˇenı´ opeˇt neexistuje, stare´sbı´rky veˇtsˇinou nelze pouzˇı´t, protozˇe obsahujı´prˇeva´zˇneˇu´lohy matematicke´, ktere´ dnesˇnı´ zˇa´ky nemotivujı´ a svy´m zameˇrˇenı´m na strukturovane´ paradigma se nehodı´prˇi vyúce objektove´ho programovańı´. V te´to diplomove´praći si kladu za cı´l jednak analyzovat nabı´dku programovacıćh a skriptovacıćh jazyku˚z hlediska jejich vhodnosti pro vyúku programovańı´, ale take´ prˇehledneˇprˇine´st na´vrhy k alternativnı´m forma´m vyúky programovańıá algoritmizace prˇedevsˇı´m v prostrˇedı´strˇednıćh sˇkol, respektive na vysˇsˇı´m stupni za´kladnıćh sˇkol. V praći se pokusı´m zohlednit te´meˇrˇtrˇı´letou praxi ve vyúce strukturovane´ho

1. RVP – Ra´mcovy´vzdeˇla´vacı´program, popisuje pouze obecna´te´mata a vıćemeńeˇabstraktnıćı´love´ dovednosti (tzv. klıćˇove´kompetence) na rozdı´l od drˇı´ve pouzˇı´vanyćh pomeˇrneˇkonkre´tnıćh osnov. To umozˇnˇuje sˇkola´m prˇizpu˚sobit svu˚j SˇVP – sˇkolnı´vzdeˇla´vacı´program – a odlisˇit se od jinyćh sˇkol.

1 0. U´ VOD programovańı´v jazyce C na gymna´ziu a ra´d bych touto pracı´prˇispeˇl k sˇirsˇı´diskusi a zmeˇneˇ, jaka´probeˇhla naprˇ. v Neˇmecku [6]. Pocˇı´tacˇova´gramotnost ve smyslu schopnosti ovla´dat pocˇı´tacˇv beˇzˇnyćh zˇivotnıćh situacıćh informacˇnı´spolecˇnosti jako je komunikace prˇes internet, vyhleda´vańıínfor- macıńebo jejich zpracovańı´v ru˚znyćh programech, je pro dnesˇnı´mla´dezˇnaprostou nezbytnostıá jako takovou ji lze srovna´vat s prima´rnı´gramotnostı´. Je pravdeˇpo- dobneˇ jen ota´zkou cˇasu, kdy vyúka vyhleda´vańı´ na internetu nebo typografie a psanı´v textovyćh procesorech prˇejde ze strˇedosˇkolskyćh vzdeˇla´vacıćh programu˚ do vyúky na za´kladnı´sˇkole a strˇedosˇkolskaínformatika se obsahem vıće prˇiblı´zˇı´ odborny´m znalostem jako je tomu v jinyćh prˇedmeˇtech. Programovańı´je jisteˇjednou z oneˇch odbornyćh znalostı´, ktereńa´lezˇejıínforma- tice, a ktere´by prˇedevsˇı´m gymnaziste´– jakozˇto potencia´lnı´studenti vysoke´sˇkoly – meˇli alesponˇv za´kladu ovla´dat. Obzvla´sˇteˇprˇı´rodoveˇdneˇzameˇrˇenı´studenti obcˇas potrˇebujıáutomatizovaneˇzpracovat neˇjaka´data a tedy vytvorˇit alesponˇjednoduche´ makro v kancela´rˇske´m balı´ku nebo kra´tky´skript v aplikacıćh typu CAS.2 Jisteˇkazˇdy´ informatik – natozˇstudent strˇednı´sˇkoly – nemusı´by´t programa´tor, ale je trˇeba ne- zapomıńat na vyúku algoritmicke´ho mysˇlenı´, ktere´je nezbytneńejen pro schopnost dobrˇe programovat. Vyúka programovańı´by v prve´rˇadeˇmeˇla ve´st k vyúce algoritmicke´ho mysˇlenı´. Bohuzˇel na mnohyćh cˇeskyćh strˇednıćh sˇkolaćh je programovańı´ sta´le vnı´mańo pouze jako vyúka konkre´tnı´ho jazyka a analy´za zadane´ho proble´mu a na´vrh postupu rˇesˇenı´s diskusı´by´va´zanedba´vań. Kromeˇsamotnyćh programovacıćh jazyku˚budou v te´to praći zmıńeˇny i neˇktere´ metodiky a kladen du˚raz na modelovańı´proble´mu a jeho zpracovańı´. K tomu snad poslouzˇıí shrnutıńeˇkteryćh grafickyćh metod, vy´vojovyćh prostrˇedıá aplikacı´pro podporu vyúky programovańı´. V pouzˇite´literaturˇe se vyskytujı´studie z vysokosˇkolske´ho prostrˇedı´. Domnı´va´m se, zˇe neˇktere´jejich za´veˇry lze aplikovat i na strˇednı´sˇkoly, prˇedevsˇı´m s ohledem na fakt, zˇe popisujı´vyúku programovańıód naprostyćh za´kladu˚v prvnıćh rocˇnıćıćh. Tato situace v zahranicˇı´ odpovı´da´ i situaci v cˇeske´m sˇkolstvı´, protozˇe neexistuje spolecˇna´koncepce vyúky programovańıńa strˇednıćh sˇkolaćh a vysoke´sˇkoly jsou nuceny prˇedpokla´dat minima´lnı´(ne-li zˇa´dne´) znalosti svyćh uchazecˇu˚o studium.

2. CAS – Computer algebra system, syste´my symbolicky´ch matematicky´ch vy´pocˇtu˚

2 Kapitola 1 Teoreticky´za´klad

Prˇed samotny´mi u´vahami o jednotlivyćh jazycıćh cˇi vy´vojovyćh prostrˇedıćh bude vhodneódpoveˇdeˇt si na ota´zky „Koho budu ucˇit?“, „Co a procˇbudu ucˇit?“ – jakyćh cı´lu˚chci dosa´hnout a „Jak to budu ucˇit?“ – tedy jaky´mi prostrˇedky. Z odpoveˇdıńa tyto ota´zky vyplyne i pozdeˇjsˇı´metodika hodnocenı´jazyku˚.

1.1 Koho budu ucˇit

Prˇi volbeˇvyúkovyćh metod, prostrˇedıí jazyka sehraje velkou roli prˇedevsˇı´m veˇk zˇa´ku˚. Na za´kladnı´sˇkole a nizˇsˇı´m gymna´ziu bude nutne´zvolit prostrˇedı´, ktere´bude snazsˇıńa pochopenıá prˇedevsˇı´m co nejdrˇı´ve prˇinese neˇjake´„hmatatelne´“ vy´sledky. Silny´m motivacˇnı´m prvkem je prˇedevsˇı´m pro chlapce snaha ovla´dnout stroj a naucˇit se s nı´m manipulovat, prˇinutit ho vykona´vat neˇjakou cˇinnost. Za´rovenˇje ale nutne´ mı´t na pameˇti, zˇe cˇı´m jsou zˇaći mladsˇı´, tı´m drˇı´ve se musı´ dopracovat neˇjake´ho zrˇetelne´ho pokroku, aby tato motivace neupadla. Vy´sledek jejich praće nesmı´by´t prˇı´lisˇvzda´lenyá proto je vhodneú´lohy pokud mozˇno rozdeˇlit na dı´lcˇı´proble´my se zrˇetelny´m dı´lcˇı´m vy´sledkem. Tento postup bude mı´t dobre´motivacˇnı´vy´sledky i u starsˇıćh zˇa´ku˚, acˇkoliv uzˇnenıńezbytneˇnutny´. Mnohe´dı´vky majı´v cˇeske´spolecˇnosti sta´le pocit, zˇe technika nenıá snad ani nema´by´t jejich domeńou, ale opeˇt u mladsˇıćh zˇacˇek je uzˇzrˇetelnyú´stup od tohoto prˇedsudku a jejich motivacı´by´vańaopak zvı´davost a snaha proniknout do nezna´- me´ho prostrˇedı´. Velkou prˇednostı´pak by´va´jejich pı´le, dı´ky ktereńenı´potrˇeba tak rychlyćh vy´sledku˚jako u chlapcu˚. Prˇesto jsou pro neˇbrzke´vy´sledky samostatne´ praće take´znacˇneˇmotivujıćı´, protozˇe zı´skajı´pocit, zˇe je v jejich silaćh programovańı´ porozumeˇt. Jednoduchaá prˇehledna´prostrˇedı´s efektnı´mi vy´sledky nabı´zıńejen pro mladsˇı´ zˇa´ky ru˚zne´ graficke´jazyky. Zna´my´m a v CˇR i ve sveˇteˇrozsˇı´rˇeny´m prostrˇedı´m je naprˇı´- klad Robolab firmy Lego, ktery´je soucˇa´stı´roboticke´stavebnice Lego Mindstorms. V soucˇasne´dobeˇse na strˇednıćh i vysˇsˇıćh sˇkolaćh v zahranicˇı´prosazuje prostrˇedı´ Alice (viz kapitola 4.6), ktere´kombinuje graficky´za´pis s psany´m formou prˇı´kazu˚a dalsˇıćh prvku˚jazyka v grafickyćh blocıćh, ktere´do sebe zapadajı´pouze prˇi syntakticky spra´vnyćh konstrukcıćh. S graficky´m za´pisem se mohou setkat i zˇaći cˇeskyćh sˇkol, ktereúcˇı´za´klady programovańı´v jazyce a prostrˇedı´Baltı´k od firmy SGP Sys- tems. Je samozrˇejmeˇdiskutabilnıńakolik lze jesˇteˇoznacˇit za´pis programu pomocı´

3 1. TEORETICKY´ ZA´ KLAD obra´zkovyćh bloku˚za ko´d v programovacı´m jazyce. Na tomto mı´steˇje ale nutne´si uveˇdomit, zˇe u mladsˇıćh zˇa´ku˚je vhodne´kla´st veˇtsˇı´du˚raz na pochopenıá nacvicˇenı´ urcˇityćh principu˚(cykly, podmıńky) ve zjednodusˇene´podobeˇ, bez za´teˇzˇe komplikovane´syntaxe. Graficky´m za´pisem je na´zorneˇomezeno skla´dańı´komponent tak, aby vy´sledny´za´pis neobsahoval syntaktickećhyby a student se mohl zameˇrˇit vy´- hradneˇna se´mantiku ko´du, ktera´je v ra´mci paradigmatu vıće meńeˇuniverza´lneˇ pouzˇitelna´. Tı´mto prˇı´stupem se podporuje algoritmicke´mysˇlenıá prˇedstavivost a dosahuje pomeˇrneˇrychlyćh vy´sledku˚. U´ lohy by meˇly by´t pomeˇrneˇ jednoduche´, prˇı´mocˇare´ a neprˇı´lisˇ abstraktnı´, obzvla´sˇteˇpro deˇti na za´kladnı´sˇkole nebo v nizˇsˇıćh rocˇnıćıćh osmilete´ho gymna´zia. Z me´vlastnı´zkusˇenosti vsˇak vyply´va´, zˇe uzˇprˇiblizˇneˇtrˇinaćtiletı´studenti v tercii osmilete´ho gymna´zia jsou schopni sami si na internetu najı´t, upravit a prˇedevsˇı´m pochopit skript v jazyce VBS,1 ktery´v nekonecˇne´m cyklu spousˇtı´Pozna´mkovy´blok v MS Windows, prˇebı´ra´ focus2 a vepisuje kra´tky´text, cozˇprakticky vede k zablo- kovańı´pocˇı´tacˇe, protozˇe se rychle plnı´pameˇt’ a prˇi neusta´le´m prˇebı´rańı´focusu je prakticky nemozˇne´stihnout i za pouzˇitı´kla´vesovyćh zkratek odhla´sit uzˇivatele nebo ukoncˇit proces. U tohoto prˇı´kladu je vsˇak nutne´zmıńit, zˇe se jednalo jednak o po- meˇrneˇtechnicky i celkoveˇintelektua´lneˇvyspeˇlećhlapce (ne vsˇechny ve skupineˇ), da´le mezi studenty osmilete´ho studia a cˇtyrˇlete´ho studia je znatelnyíntelektua´lnı´ rozdı´l v neprospeˇch studentu˚, kterˇı´de´le setrva´vajıńa za´kladnı´sˇkole (cozˇale mu˚zˇe by´t cˇa´stecˇneˇdańo i tı´m, zˇe v prˇijı´macı´m rˇı´zenı´do osmilete´ho studia je na zmıńeˇne´ sˇkole vy´razneˇ vysˇsˇı´ prˇebytek zˇadatelu˚ oproti prˇijaty´m a tedy vysˇsˇı´ konkurence). A prˇedevsˇı´m studenti upravili uzˇexistujıćı´ko´d jazyka, ktery´ma´pomeˇrneˇjednodu- cha´syntakticka´pravidla. U starsˇıćh zˇa´ku˚(druhy´stupenˇgymna´zia) je uzˇzcela jisteˇvhodne´pouzˇı´vat pro- gramovacı´jazyk zapisovany´v textove´podobeˇ. To s sebou prˇina´sˇı´pomeˇrneˇna´rocˇny´ proble´m formulovańı´mysˇlenek v textove´podobeˇa transkripce algoritmu do konkre´tnı´ho jazyka vcˇetneˇdodrzˇenı´syntakticke´spra´vnosti. Je proto zˇa´doucıńevyne- cha´vat fa´zi zakreslenıálesponˇdı´lcˇıćh cˇa´stıálgoritmu v neˇjake´graficke´podobeˇ(naprˇ. vy´vojovy´m diagramem, neˇktery´m UML3 diagramem apod.), cozˇvede ke snazsˇı´mu prˇepisu do programovacı´ho jazyka – zˇa´k se mu˚zˇe soustrˇedit na samotny´za´pis (syntaxi, kterańaprˇ. v jazyce C deˇlaćˇaste´proble´my) a nemusı´v hlaveˇneusta´le udrzˇovat prˇedstavu o proble´mu (se´mantiku ko´du), kterou ma´zakreslenou diagramem. Tex- tovy´za´pis prˇedstavuje nejveˇtsˇı´proble´m v nelinea´rnıćh krocıćh, jako je trˇeba za´pis cyklu˚nebo podmıńek. Kombinace vıće podmıńek nebo cyklu˚s sebou nese za´sadnı´ proble´m s orientacı´v textove´podobeˇko´du. Zˇ a´ku˚m pomu˚zˇe krokovańı´ko´du po jed- notlivyćh prˇı´kazech a soubeˇzˇna´kontrola algoritmu v diagramu. Starsˇı´zˇaći jizˇtolik

1. VBS – Visual Basic Script, skriptovacı´jazyk spolecˇnosti Microsoft uzˇı´vany´prˇedevsˇı´m k programo- vańı´maker v kancela´rˇske´m balı´ku MS Office, ale take´k programovańı´viru˚pro MS Windows 2. zameˇrˇenı´prvku graficke´ho rozhranı´, ktery´je pak tzv. aktivnı´, naprˇ. je mozˇne´do neˇj vepisovat z kla´vesnice apod. 3. UML – Unified Modeling Language, skupina grafickyćh modelovacıćh jazyku˚pro grafickou reprezentaci ru˚znyćh procesu˚

4 1. TEORETICKY´ ZA´ KLAD nevyzˇadujı´rychle´vy´sledky sve´ho snazˇenı´, prˇesto tyto vedou k lepsˇı´mu soustrˇedeˇnı´ a prˇedevsˇı´m porozumeˇnı´probı´rane´konstrukci. U´ koly kombinujıćı´v jedne´fa´zi vıće te´mat (naprˇ. cyklus s podmıńeˇny´m vy´razem v teˇle cyklu) doporucˇuji ze zkusˇenosti rozdeˇlit na postupneˇrˇesˇene´fa´ze (nejprve vytvorˇit cyklus s vy´razem bez podmıńky a teprve po oveˇrˇenı´jeho spra´vnosti do neˇj doplnit podmıńku).

1.2 Forma vy´uky

Podobneˇjako veˇk bude nutne´bra´t v u´vahu i formu vyúky ve smyslu zarˇazenı´ vyúky do beˇzˇnyćh hodin, volitelne´ho krouzˇku nebo specializovane´ho semina´rˇe pro vysˇsˇı´rocˇnı´ky. Vzhledem k pocˇtu hodin informatiky a mnozˇstvı´te´mat v Ra´mcovyćh vzdeˇla´vacıćh programech nelze prˇedpokla´dat, zˇe by strˇednı´sˇkoly, ktereńejsou na informatiku zameˇrˇene´, mohly veˇnovat cˇas programovańı´v rˇa´dne´vyúce. Pokud ano, bylo by urcˇiteˇvhodne´zameˇrˇit se prˇedevsˇı´m na samotnou algoritmizaci a na´stroje a jazyky, ktereúprˇednostnˇujı´snadny´popis algoritmu prˇed bohatsˇı´mi ale slozˇiteˇjsˇı´mi vyjadrˇovacı´mi schopnostmi jazyka. Bude vhodne´prova´deˇt analy´zu proble´mu, volit zajı´maveú´lohy a prˇı´klady komplikovane´spı´sˇe na na´vrh nezˇsamotny´za´pis. Alternativnı´mozˇnostı´je volitelny´krouzˇek v pru˚beˇhu studia. Touto formou se jizˇ na neˇkteryćh sˇkolaćh vyucˇuje naprˇ. programovańı´zmıńeˇnyćh robotickyćh stavebnic Lego Mindstorms. Takove´krouzˇky si veˇtsˇinou zapisujı´zˇaći majıćıó programovańı´ za´jem. O to vıće je potrˇeba je zaujmout a v prvnı´fa´zi vyúky je neodradit prˇehna- ny´m du˚razem na teorii a forma´lnı´za´pis. Ovsˇem ani zde nesmıćhybeˇt pochopenı´ probı´rane´la´tky. Programovańı´metodou pokus-omyl vede k neznalosti hranic svyćh mozˇnostı´, jak zminˇuje [11, str. 2]. Tyto hodiny nabı´zejı´pomeˇrneˇsˇiroky´prostor, ktery´ je ale za´vislyńa hodinove´dotaci krouzˇku. Obvykle´dvouhodinove´semina´rˇe jsou prˇi individua´lnı´m prˇı´stupu ke studentu˚m nepostacˇujıćı´. Asi nejrozsˇı´rˇeneˇjsˇı´formou jsou semina´rˇe pro vysˇsˇı´rocˇnı´ky, prˇedevsˇı´m studenty majıćı´za´jem o maturitu z informatiky. V takovyćh semina´rˇıćh je naopak vhodne´ zabı´hat i do forma´lnıćh detailu˚a teorie, nenecha´vat uzˇprˇı´lisˇprostoru pro intuitivnı´ rˇesˇenı´proble´mu˚, ktere´by vedlo k nedisciplinovane´mu rˇesˇenıú´kolu˚a naucˇenı´zlo- zvyku˚. Kreativitu studentu˚je opeˇt nutne´smeˇrˇovat spı´sˇe do fa´ze analy´zy a na´vrhu rˇesˇenı´, nezˇdo fa´ze samotne´ho za´pisu ko´du, na kterou se kladl du˚raz ve starsˇıćh ucˇebnicıćh. Je velmi vhodne´pecˇliveˇdba´t na forma´lnıú´pravu ko´du a neakceptovat neesteticky zapsanyá nedostatecˇneˇkomentovany´ko´d, protozˇe to u slozˇiteˇjsˇıćh kon- strukcıćˇasto znemozˇnˇuje jejich pochopenıá student, ktery´ko´d necˇlenı´, nezarovna´va´ nebo nekomentuje zcela automaticky se drˇı´ve nebo pozdeˇji zacˇne v ko´du ztraćet. Obvykle se to projevıúzˇprˇi za´pisu vnorˇenyćh cyklu˚. Pro vsˇechny formy vyúky i veˇkove´skupiny lze rˇıći, zˇe programa´torskeú´koly v jazyce Pascal, BASIC nebo C beˇzˇne´v 90. letech 20. stoletı´, ktereú na´s vycha´zely v ru˚znyćh ucˇebnicıćh a jejichzˇu´kolem byl vy´stup v termina´lu od pouhe´ho vypsańı´

5 1. TEORETICKY´ ZA´ KLAD

„Ahoj sveˇte“ po vy´pocˇet faktoria´lu nebo obsahu obde´lnı´ku, jsou jen ma´lo vhodne´.4 Deˇti se s termina´lem beˇzˇneˇnesetka´vajı´, majı´vu˚cˇi jeho pouzˇı´vańıóbcˇas negativnı´ prˇedsudky a povazˇujı´ho za nemodernı´. V kombinaci s abstraktnı´m matematicky´m prˇı´kladem jde o ma´lo motivujıćıázˇspı´sˇe demotivujıćıú´kol. Matematicke´proble´my je le´pe zarˇazovat v kontextu prakticke´ho prˇı´kladu, aby studenti zı´skali prˇedstavu, zˇe abstraktnı´matematicky´za´pis jim ve skutecˇnosti umozˇnı´rˇesˇenı´prakticke´ho proble´mu (naprˇ. model pohybu mıćˇku prˇi na´razu do prˇeka´zˇky). Vsˇechny trˇi zmıńeˇne´formy pravdeˇpodobneˇpovedou k pomeˇrneˇmale´mu pocˇtu studentu˚ve skupineˇ. To je velka´vy´hoda, protozˇe kvalitnı´vyúka programovańı´vyzˇa- duje individua´lnı´prˇı´stup. Prˇestozˇe lze zave´st ru˚zne´podpu˚rneńa´stroje cˇi metodiky (ktere´budou popsańy v dalsˇı´m textu), nic nenahradı´pecˇlive´procˇtenıódevzdane´ho ko´du prˇı´mo ucˇitelem. Lze tak odhalit naprˇı´klad nedodrzˇovańı´konvencı´(pojmenova´vańı´promeˇnnyćh, zarovnańı´ko´du, komenta´rˇe) nebo realizaci proble´mu neefek- tivnı´m nebo naopak origina´lnı´m zpu˚sobem. Tuto zpeˇtnou vazbu neposkytne zˇa´dne´ automatizovane´testovańı´. Autorˇi [17] se navıć odvola´vajıńa dveˇstudie (mneˇbo- huzˇel nedostupne´), ktere´zminˇujıńeˇkolikana´sobneˇlepsˇı´studijnı´vy´sledky studentu˚ s osobnı´m prˇı´stupem nezˇv beˇzˇnyćh hromadnyćh lekcıćh. Z me´vlastnı´zkusˇenosti vyply´va´, zˇe neˇkterˇı´studenti majı´proble´m pochopit u´sek ko´du napsany´vyucˇujıćı´m na tabuli, zatı´mco pokud jim tenty´zˇko´d diktuji se stejny´m komenta´rˇem a oni jej sami pı´sˇıńa sve´m monitoru, pomeˇrneˇrychle se v neˇm zorientujı´.

1.3 Co a procˇbudu ucˇit

Specifikovat co prˇesneˇspada´do oblasti vyúky programovańı´je teˇzˇke´. Autorˇi [19, str. 148] identifikujı´5 domeń, ktere´jsou vyúkou programovańıóvlivneˇny: obecna´ orientace (co jsou to programy a k cˇemu se dajı´vyuzˇı´vat), implementacˇnı´stroj (po- cˇı´tacˇjako prostrˇedı´ve ktere´m se programy vykona´vajı´), notace (syntax a se´mantika konkre´tnı´ho programovacı´ho jazyka – za´klad soucˇasne´vyúky), struktury (sche´mata a plańy, modelovańı´proble´mu) a pragmatika (schopnost plańovat, vyvı´jet, testovat, opravovat chyby). Tyto domeńy by meˇly by´t alesponˇcˇa´stecˇneˇvyúkou pokryty. Prˇedneˇje nutne´(v souladu s RVP) ucˇit analyticke´mu mysˇlenıá systematicke´mu (defenzivnı´mu) rˇesˇenı´proble´mu˚. . . K tomu je jako prostrˇedek nutneúcˇit i syntaxi a se´mantiku neˇktere´ho jazyka, cozˇby vsˇak nemeˇlo by´t povazˇovańo za cı´l. Cı´lem by takeńemeˇlo by´t ovla´dańı´konkre´tnı´ho vy´vojove´ho prostrˇedı´. Zvoleny´programovacı´jazyk by meˇl umozˇnˇovat (prˇehledny´) za´pis obvyklyćh konstrukcı´. Na u´rovni strˇednı´sˇkoly se obvykle prˇedpokla´da´pochopenıńa´sledujıćıćh konstrukcı´:

4. V Cˇlańku Using BlueJ to Introduce Programming v [4, str. 107] autor zminˇuje, zˇe oblı´benyú´vodnı´ prˇı´klad „Hello world“ v objektove´m paradigmatu nenaucˇı´ studenty vu˚bec nic. Domnı´va´m se, zˇe nenaucˇıńic ani prˇi vyúce v jinyćh paradigmatech uzˇproto, zˇe se jednaó pouhe´volańı´jedne´funkce, ktere´mu˚zˇeme teˇzˇko oznacˇit za rˇesˇenıńeˇjake´ho proble´mu – implementovanyálgoritmus. I studenti jej vnı´majı´jako „program, kteryńic nedeˇla´“ a proto ani nemotivuje.

6 1. TEORETICKY´ ZA´ KLAD

• promeˇnne´a datove´typy

• pole a vı´cerozmeˇrna´pole

• dynamicka´alokace pameˇti (ukazatele)

• datove´struktury fronta a za´sobnı´k

• podmı´nky

• vnorˇenı´podmı´nek a prˇepis do jedne´slozˇene´podmı´nky

• za´kladnı´druhy cyklu˚

• vnorˇene´cykly

• funkce – pouzˇitı´knihovnı´ch funkcı´, deklarace vlastnı´ch funkcı´

• rekurze

Je zrˇejme´, zˇe tyto pojmy uzˇvynucujı´pouzˇitıúrcˇite´ho jazyka, protozˇe bude prakticky nemozˇne´vysveˇtlit studentu˚m problematiku datovyćh typu˚na prˇı´kladu jazyka, ktery´ je slabeˇ5 a dynamicky6 typovany´. Naopak jazyk typovany´silneˇ7 (takovyńeumozˇ- nˇuje prova´deˇt libovolneóperace nad ru˚zny´mi datovy´mi typy, naprˇı´klad scˇı´tat cˇı´slo s rˇeteˇzcem) a staticky8 (kontroluje pouzˇite´datove´typy jizˇprˇi kompilaci a ne azˇza beˇhu) s pokud mozˇno explicitnı´mi deklaracemi (vynucuje na programa´torovi, aby prˇed pouzˇitı´m promeˇnne´deklaroval jejı´datovy´typ) bude pro vysveˇtlenıá pochopenı´ datovyćh typu˚idea´lnı´. Podobneˇte´ma dynamickeálokace pameˇti lze vysveˇtlovat bud’pomocıúkazatelu˚ (pointer) nebo referencıńa objekt. Je nutne´zva´zˇit, zda je nezbytneúcˇit studenty pracovat s pameˇtı´prˇı´mo pomocıúkazatelu˚, cozˇje jednak teˇzˇkeńa pochopenı´(jak potvrzuje i [16]) a take´zdrojem cˇastyćh chyb prˇi pocˇı´tańı´s ukazateli, sˇpatneálo- kaci nebo opomenute´dealokaci prostoru. Prˇesto to umozˇnˇuje pomeˇrneˇdetailneˇa nı´zkou´rovnˇoveˇproniknout do problematiky ukla´dańı´dat na pocˇı´tacˇi. Praće s ukazateli vsˇak prakticky vynucuje vyúku jazyka C. Naproti tomu dynamickaálokace v jazycıćh s referencemi na objekty je pomeˇrneˇprˇı´mocˇarˇe vysveˇtlitelnaá snadno po- chopitelna´. Je nutne´prˇedem zva´zˇit, zda problematiku ukazatelu˚neprˇenechat radeˇji vysoky´m sˇkola´m. Avinash Kak hned v u´vodu [12] zminˇuje, zˇe se domnı´va´, zˇe insti- tuce vyucˇujıćı´v jazycıćh jako Java, ktereńeobsahujıńa´rocˇne´prvky jako jsou pra´veˇ ukazatele, jsou zodpoveˇdne´za velke´mnozˇstvı´programa´toru˚, kterˇı´jsou vydeˇsˇenı´

5. slabeˇtypovany´jazyk prova´dıímplicitnı´prˇetypovańı´(naprˇ. v prˇı´padeˇprˇirˇazenı´konstanty), nedoka´zˇe tedy detekovat chybneˇpouzˇity´datovy´typ 6. dynamicky typovany´jazyk va´zˇe datovy´typ na pra´veˇprˇirˇazenou hodnotu – datovy´typ lze proto urcˇit azˇpo prˇirˇazenı´za beˇhu programu 7. silneˇtypovany´jazyk prova´dı´kontrolu datovyćh typu˚a nedovolıímplicitnı´prˇetypovańı´, mı´sto toho detekuje chybu 8. staticky typovany´jazyk vyzˇaduje uvedenı´datove´ho typu jizˇprˇi deklaraci promeˇnne´

7 1. TEORETICKY´ ZA´ KLAD z rea´lnyćh programa´torskyćh u´kolu˚, ktere´pak cˇasto obsahujıćhyby v praći s pameˇtı´, prˇetecˇenı´za´sobnı´ku, proble´my s cˇasovou souslednostıápod. Jako rˇesˇenı´tohoto proble´mu bych videˇl odsunutı´vyúky ukazatelu˚a spra´vy pameˇti bud’do vysokosˇkolske´ la´tky nebo le´pe jako rozsˇirˇujıćı´la´tku ke konci strˇedosˇkolske´ho studia. Vy´sˇe zmıńeˇny´seznam obsahuje jen te´mata, ktera´se dnes beˇzˇneˇucˇıá vycha´zı´ze starsˇı´literatury. Jsou nicmeńeˇnatolik obecna´, zˇe azˇna vy´jimku funkcı´, je netrˇeba va´- zat na strukturovane´paradigma, ktereńa neˇkteryćh sˇkolaćh sta´le prˇetrva´va´. Pokud chceme zava´deˇt objektovy´prˇı´stup, je nutne´doplnit jesˇteˇnova´te´mata: • pojmy OOP (objekt, trˇı´da, abstraktnı´trˇı´da, instance, rozhranı´)

• deˇdicˇnost

• polymorﬁsmus

• prˇeteˇzˇovańıá prˇedefinovańı´metod

• vy´jimky Aby byly dodrzˇeny proklamace RVP a prˇedevsˇı´m, aby byla vyúka programo- vańıópravdu smysluplna´, meˇlo by by´t soucˇa´stı´probı´rane´la´tky i modelovańı´(nejen v na´vaznosti na objektovy´prˇı´stup, ale celkova´schopnost dekompozice proble´mu) a algoritmizace s graficky´m zna´zorneˇnı´m algoritmu˚. Modelovańı´s objektovy´m prˇı´- stupem bylo do vyúky informatiky zavedeno v Neˇmecku (viz [6]), cozˇjsem meˇl mozˇnost videˇt prˇi na´slechu v hodineˇinformatiky v poslednı´m rocˇnı´ku gymna´zia v Mu¨nsteru. Studenti dostali zadany´proble´m, kteryńejprve analyzovali spolecˇneˇ v lavicıćh, pak po skupinkaćh vytvorˇili strucˇneˇmodel a teprve pote´se prˇesunuli k pocˇı´tacˇi, aby u´kol naprogramovali. Toto rˇesˇenı´se mi zda´by´t idea´lnı´.

1.4 Paradigmata

Prvnı´ hrube´ rozdeˇlenı´ jazyku˚, ktere´ bychom prˇi volbeˇ vhodne´ho jazyka meˇli respektovat, je deˇlenı´ podle paradigmatu jazyka. Paradigma je souhrn za´kladnı´ch postupu˚jak formulovat a rˇesˇit proble´m a urcˇuje tedy zpu˚sob nebo strukturu, jakou programa´tor tvorˇı´ko´d. Volba paradigmatu ma´za´sadnı´vliv na zpu˚sob nahlı´zˇenı´na rˇesˇenı´proble´mu a je tedy u´zce spjata uzˇse samotny´m na´vrhem algoritmu a modelem aplikace.

1.4.1 Funkciona´lnı´ Funkciona´lnı´ paradigma zapisuje program jako jednu funkci, ktera´ mu˚zˇe by´t rozlozˇitelnańa podfunkce (program je pak slozˇenou funkcı´). Vykona´vańı´programu spocˇı´va´v dosazenı´vstupnıćh parametru˚a postupne´m zjednodusˇovańı´funkcıázˇ do tvaru nezjednodusˇitelne´ho vy´roku, ktery´je vy´sledkem programu. Programa´tor za´pisem programu deklaruje, co je potrˇeba spocˇı´tat. Nepı´sˇe ale explicitnı´postup jak k vy´sledku dojı´t.

8 1. TEORETICKY´ ZA´ KLAD

Vyúka ve funkciona´lnı´m paradigmatu je beˇzˇnou soucˇa´stı´povinne´vyúky na vy- sokyćh sˇkolaćh informaticke´ho zameˇrˇenı´. Pro pochopenı´tohoto paradigmatu je nezbytna´du˚kladna´znalost funkcı´z matematiky. To tvorˇı´velkou prˇeka´zˇku pro vyúku tohoto paradigmatu na strˇednıćh sˇkolaćh, vzhledem k zarˇazenı´ te´to la´tky azˇ do vysˇsˇıćh rocˇnı´ku˚a jejıćˇasto nedostatecˇne´zazˇitı´studenty. Dalsˇı´prˇeka´zˇkou mu˚zˇe by´t male´rozsˇı´rˇenı´v praxi, ktere´zpu˚sobuje nizˇsˇıátraktivitu pro studenty a prˇedevsˇı´m velmi chudou nabı´dku studijnıćh materia´lu˚a programo- vacıćh nebo vyúkovyćh prostrˇedı´. Jazyky toho paradigmatu by´vajıćˇasto poneˇkud hanliveˇoznacˇovańy za „akademickou za´lezˇitost“, s cˇı´mzˇnelze souhlasit, protozˇe pro rˇesˇenıńeˇkteryćh typu˚u´loh je funkciona´lnı´prˇı´stup vhodneˇjsˇı´, at’uzˇjsou to aplikace skupiny CAS9 nebo trˇeba sazba not pomocı´programu Lilypond.10

1.4.2 Logicke´ Podobneˇjako funkciona´lnı´paradigma, ani logicke´paradigma nelze doporucˇit pro vyúku na strˇednı´sˇkole a to ze stejnyćh du˚vodu˚. Program je tentokra´t logicky´m vy´rokem, ktery´se vyhodnocuje, resp. dokazuje. I tato kapitola strˇedosˇkolske´matematiky je zarˇazena ve vzdeˇla´vacıćh plańech veˇtsˇinou v takovou dobu a v takove´ mı´rˇe, zˇe nepostacˇuje ani jako nezbytny´za´klad, aby bylo mozˇno v tomto paradigmatu programovat. Nejzna´meˇjsˇı´m jazykem tohoto paradigmatu je Prolog, ktery´se pouzˇı´va´prˇedevsˇı´m pro u´lohy pocˇı´tacˇove´lingvistiky a umeˇleínteligence, cozˇje pro potrˇeby strˇedosˇkolske´vyúky prˇı´lisˇspecializovanaóblast.

1.4.3 Imperativnı´strukturovane´ Imperativnı´paradigma je principia´lneˇshodne´s cˇinnostı´pocˇı´tacˇe nebo prˇesneˇji rˇecˇeno procesoru, pocha´zı´ proto z obdobı´ prvnı´ho vy´razne´ho rozvoje pocˇı´tacˇu˚ – 60. let 20. stoletı´. Imperativneˇnapsany´program je posloupnostı´prˇı´kazu˚, cozˇodpo- vı´da´posloupnosti instrukcı´prova´deˇnyćh procesorem. Imperativnı´za´pis (na rozdı´l od funkciona´lnı´ho a logicke´ho) prˇı´mo popisuje algoritmus neboli postup rˇesˇenı´proble´mu. To je z didakticke´ho hlediska idea´lnı´, protozˇe mezi algoritmem a za´pisem ko´du v imperativnı´m jazyce existuje prˇı´ma´ souvislost a studenti si tuto paralelu snadno uveˇdomı´, byt’ i tak jim mu˚zˇe prˇepis algoritmu z jeho mysˇlene´podoby do psane´(formou konkre´tnı´ho jazyka) nebo graficke´(formou ru˚znyćh typu˚diagramu˚) deˇlat v prvnı´fa´zi vyúky potı´zˇe. Imperativnı´prˇı´stup je prˇi vyúce v cˇeskyćh sˇkolaćh beˇzˇny´. Plynule navazuje na vysveˇtlenı´pojmu algoritmus, prˇi ktere´m se s oblibou pouzˇı´vaánalogie s kucharˇ- sky´m receptem nebo jiny´m na´vodem. Tyto prˇı´klady mohou by´t pro neˇktere´studenty matoucıá to prˇedevsˇı´m tehdy, pokud se vynecha´vysveˇtlenıóta´zky „Co je vlastneˇ

9. CAS – Computer algebra system, tj. syste´my pocˇı´tacˇoveálgebry pouzˇı´vane´k algebraicky´m vy´po- cˇtu˚m na pocˇı´tacˇi (naprˇ. program Maxima je napsań ve funkciona´lnı´m jazyce Lisp) 10. Program Lilypond je urcˇen pro sazbu i rozsa´hlyćh notovyćh partitur a jako jazyk pro rozsˇı´rˇenıá popis a u´pravu dokumentu pouzˇı´va´funkciona´lnı´jazyk Scheme.

9 1. TEORETICKY´ ZA´ KLAD prˇı´kaz?“ a studenti nevı´, s jakou mı´rou abstrakce mohou pracovat. Algoritmus pro uvarˇenı´ka´vy mu˚zˇe by´t volneˇzapsań od jednoduche´podoby imperativnı´m pseudoja- zykem s jednı´m prˇı´kazem Uvarˇ Ka´vu;, prˇes vıće komplikovanou podobu slozˇenou z prˇı´kazu˚ Nachystej Hrnıćˇek; Uvarˇ Vodu; Nasypej Ka´vu;Nalij Vodu; naprˇı´klad uzˇi s podmıńkami prˇi nedostatku ka´vy nebo prˇedem nachystany´m hrnıćˇ- kem, azˇpo zcela komplikovanou podobu uvazˇujıćı´rozepsańı´jednotlivyćh pohybu˚ prˇi zvedańı´hrnıćˇku. Proto je vhodneúzˇv te´to fa´zi vyúky vyuzˇı´vat neˇjaky´konkre´tnı´ jednoduchyímperativnı´jazyk (trˇeba jazyk Karel) nebo alesponˇspecifikovat prˇesneˇ mı´ru abstrakce se kterou pracujeme. Samotneímperativnı´paradigma mu˚zˇe zpu˚sobovat v rozsa´hlejsˇı´m ko´du snı´zˇenı´ prˇehlednosti a proble´my se spra´vnostı´beˇhu programu. Zpu˚sobuje to jednak de´lka ko´du a take´ pouzˇı´vańı´ prˇı´kazu skoku goto (viz kapitola „Co vadı´ na skocıćh“ v [7]). Proto vznikla varianta imperativnı´ho prˇı´stupu oznacˇovana´jako strukturovane´ programovańı´. To prˇikazuje cˇlenit ko´d do bloku˚– funkcıńebo procedur a zakazuje vyuzˇitı´prˇı´kazu skoku. Mı´sto neˇj se pouzˇı´va´pouze selekce (podmıńky) nebo cykly. Mezi jazyky strukturovane´ho paradigmatu se rˇadıí drˇı´ve velmi oblı´benyá hojneˇ vyucˇovany´Pascal nebo jazyk C, ktery´postupneˇvytlacˇuje cˇisteˇimperativnı´jazyk symbolickyćh adres (po prˇekladacˇi chybneˇnazy´vanyÁssembler) z jeho domeńy – programovańı´mikrocˇipu˚. Pro shrnutı´lze dodat, zˇe strukturovane´paradigma je pro vyúku velmi vhodna´ volba a v minulosti bylo pro vyúku na u´rovni strˇednıćh sˇkol vyuzˇı´vańo a zˇe by´va´ neˇkdy zameˇnˇovańo s procedura´lnı´m paradigmatem, ktere´je mezistupneˇm mezi im- perativnı´m a strukturovany´m. Obsahuje pojmenovane´bloky ko´du (procedury), ale jesˇteˇnevynucuje pouzˇı´vańı´podmıńek a cyklu˚mı´sto prˇı´kazu skoku.

1.4.4 Objektoveˇorientovane´ Ne o moc noveˇjsˇı´m prˇı´stupem oproti strukturovane´mu je objektove´paradigma. Zacˇa´tky OOP (Object oriented programming) spadajı´do pocˇa´tku 60. let 20. stoletı´. Prvnı´m objektovy´m jazykem byla Simula urcˇena´pro simulace a vy´voj zacˇal na MIT na stroji PDP-1. Pojem OOP byl poprve´pouzˇit firmou Xerox v jejich jazyce Smalltalk.11 Je ota´zkou, procˇbyl v minulosti objektovy´prˇı´stup na strˇednıćh sˇkolaćh vytlacˇen pra´veˇstrukturovany´m programovańı´, ale lze spekulovat, zˇe to zpu˚sobily osmibitove´pocˇı´tacˇe (na kteryćh vyúka ve svyćh pocˇa´tcıćh zacˇıńala) s vestaveˇny´m interpretrem (imperativnı´ho) jazyka BASIC. Prˇi pozdeˇjsˇı´m prˇechodu na stroje, ktere´by zvla´daly trˇeba i zmıńeˇny´ Smalltalk pak zvı´teˇzil opeˇt imperativnı´Pascal nejspı´sˇdı´ky sve´mu deklarovane´mu zameˇrˇenıńa vyúku a blı´zkosti k jazyku BASIC. OOP se dostalo do oblasti za´jmu vyucˇujıćıćh informatiky s rozsˇı´rˇenı´m OS Win- dows. Na neˇkteryćh sˇkolaćh se zacˇalo vyucˇovat v jazyce Delphi nebo Visual Basic (zde je opeˇt videˇt vazba na prˇedchozı´vy´voj, jelikozˇDelphi je na´stupce Pascalu, z je- hozˇvarianty od firmy Borland vycha´zı´; podobneˇVisual Basic je na´stupcem jazyka

11. citace http://www.exforsys.com/tutorials/oops/the-history-of-object- oriented-programming.html

10 1. TEORETICKY´ ZA´ KLAD

BASIC). Bohuzˇel vyúka veˇtsˇinou smeˇrˇovala vıće k praći s GUI12 a pojem objektu˚byl neˇkdy zuzˇovań na prvky formula´rˇe (okna aplikace). Nynı´zazˇı´vaÓOP novou e´ru za´jmu prˇedevsˇı´m dı´ky jazyku Java a pozvolna i dı´ky zavedenıóbjektu˚do jazyka PHP od verze 5. Objektovy´prˇı´stup popisuje program jako souhrn objektu˚(samostatnyćh entit), ktere´spolu komunikujı´skrze sve´metody (ty jsou paralelou funkcıá procedur ve strukturovane´m prˇı´stupu) a mohou meˇnit i vlastnosti objektu˚, tzv. atributy. Tako- vy´to prˇı´stup maóproti strukturovane´mu za´sadnı´vy´hodu prˇedevsˇı´m v prˇehlednosti ko´du. Nevy´hodou je, zˇe programa´tor musı´ dodrzˇovat urcˇita´ pravidla a zna´t po- meˇrneˇrozsa´hlou teorii ohledneˇkonstrukce a chovańıóbjektu˚. Prˇesto je OOP dnes v praxi zcela prˇevla´dajıćı´prˇı´stup, protozˇe (acˇkoliv existujı´proble´my, k jejichzˇrˇesˇenı´ lze OOP vyuzˇı´t jen s obtı´zˇemi a kontraproduktivneˇ) veˇtsˇina programu˚napsanyćh v tomto paradigmatu se sna´z navrhuje, udrzˇuje i upravuje. Objektove´ paradigma lze take´ zarˇadit mezi variantu imperativnı´ho prˇı´stupu, jelikozˇsamotne´metody objektu˚jsou uzˇprogramovańy imperativneˇ. OOP je proto svy´m zpu˚sobem rozsˇı´rˇenı´m strukturovane´ho paradigmatu.

1.4.5 Uda´lostmi rˇı´zene´

Uda´lostmi rˇı´zene´ programovańı´ se vyuzˇı´va´ prˇedevsˇı´m u grafickyćh aplikacı´ u kteryćh docha´zı´ ke vzniku uda´lostı´ – naprˇ. stisknutı´ kla´vesy, kliknutı´ mysˇı´ na neˇjaky´prvek okna, pohyb kurzoru. Programa´tor vytvorˇı´(imperativnı´) ko´d, ktery´se vyvolaázˇprˇi vzniku prˇı´slusˇneúda´losti. Tento ko´d se oznacˇuje jako obsluha uda´- losti neboli handler. Samotny´program by bylo mozˇne´popsat jako nekonecˇnyćyklus, ve ktere´m docha´zı´k detekci uda´lostıá jejich na´sledneóbsluze, kterou prova´dı´prˇı´- slusˇny´handler. Jedna z obsluh uda´lostı´mu˚zˇe zpu˚sobit i ukoncˇenıćyklu, cˇı´mzˇukoncˇı´ program. Tento prˇı´stup je veˇtsˇinou kombinovań s objektovy´m programovańı´m. Prˇesto jej lze implementovat i u trivia´lnıćh u´loh jako trˇeba programovańı´mikroprocesoru ve (strukturovane´m) jazyce C, za ućˇelem ovla´dańı´LED neˇkolika tlacˇı´tky.

1.4.6 Multiparadigmaticke´jazyky

Spousta jazyku˚v sobeˇkombinuje vıće ru˚znyćh paradigmat. Cˇasto to by´vaób- jektove´s uda´lostmi rˇı´zeny´m (Java, Visual Basic), jazyk C++ kvu˚li kompatibiliteˇs C kombinuje strukturovane´s objektovy´m a prˇi pouzˇitıńeˇkteryćh knihoven pro GUI i uda´lostmi rˇı´zene´. Jazyk Python je zajı´mavy´tı´m, zˇe kombinuje strukturovane´, funkciona´lnıí objektove´paradigma. Podobneˇdrˇı´ve zmıńeˇny´jazyk Scheme nenıćˇisteˇ funkciona´lnı´, ale obsahuje i imperativnı´prvky.

12. GUI – Graphical User Interface (graﬁcke´uzˇivatelske´rozhranı´)

11 1. TEORETICKY´ ZA´ KLAD

1.5 Zarˇazenı´paradigmat do vy´uky

Samotna´ volba paradigmatu nebo spı´sˇe paradigmat s sebou prˇina´sˇı´ proble´m, jak se zvoleny´m prˇı´stupem metodicky nalozˇit. Tento proble´m vyvsta´va´prˇedevsˇı´m v kontextu diskuse mezi strukturovany´m (imperativnı´m) a objektovy´m prˇı´stupem. At’ uzˇ se rozhodneme ucˇit strukturovane´ i objektove´ paradigma, nebo jen OOP (ktere´v sobeˇskry´va´prvky strukturovane´ho prˇı´stupu: podmıńky a cykly), je nutne´ se rozhodnout, cˇı´m zacˇı´t a jak vyúku usporˇa´dat. V soucˇasne´dobeˇjsou diskutovane´ 3 prˇı´stupy: Objects-first, Objects-later a Model-first. Objects-first klade du˚raz na teorii OOP a znamena´, zˇe prvnı´ s cˇı´m student- zacˇa´tecˇnı´k prˇijde do kontaktu je vysveˇtlenı´principu˚OOP jako jsou pojmy trˇı´da, objekt, instance, atributy, metody. Teprve pozdeˇji se vysveˇtlujı´datove´ typy s na´vaznostıńa atributy, cykly a podmıńky prˇicha´zıńa rˇadu azˇpo vy- sveˇtlenı´principu metod a prˇeda´vańı´zpra´v. Objects-later je protipo´lem k objects-first. Neˇkdy se oznacˇuje i jako procedural-first a znamena´, zˇe se postupuje opacˇneˇ: nejprve se vysveˇtlujı´pojmy a techniky zna´me´ze strukturovane´ho paradigmatu (datove´typy, podmıńky, . . . ) a teprve dodatecˇneˇse k tomu prˇida´va´znalost OOP. Nenı´prˇitom nutne´zacˇıńat programovat prˇı´mo ve strukturovane´m jazyce a pozdeˇji prˇecha´zet na objektovy´, stacˇı´datove´typy vysveˇtlovat na loka´lnıćh promeˇnnyćh jednoduche´ho ko´du v jedne´metodeˇprˇedem prˇipravene´kostry programu. Model-first je prˇı´stup, ktery´rozsˇirˇuje model objects-first a na samotny´zacˇa´tek klade modelovańı´proble´mu. Student je nejprve sezna´men s modelovańı´m u´kolu (naprˇ. pomocıÚML13), na´sledneˇprobı´ha´vyúka teorie OOP, rˇı´dıćı´struktury prˇicha´zıńa rˇadu azˇpo objektech. Tento prˇı´stup je vhodny´dı´ky du˚razu na fa´zi na´vrhu, takzˇe studenti mohou prˇi samotne´m programovańı´ vycha´zet z prˇipravene´ho modelu. To podporuje systematicke´rˇesˇenıú´kolu a analyticke´ mysˇlenı´. Vynikajıćı´ srovnańı´ prvnıćh dvou prˇı´stupu˚ prˇina´sˇı´ [8]. V te´to studii jsou oba prˇı´stupy srovna´vańy pecˇlivy´m zpu˚sobem a propracovanou metodikou, autorˇi vzali do u´vahy i pocˇa´tecˇnıá koncove´hodnocenı´v matematice, ktere´se jevı´jako silneˇ korelujıćı´ s formou uvazˇovańı´ potrˇebnou prˇi studiu programovańı´. Obeˇ skupiny probı´rali stejny´ rozsah la´tky, pouze v jine´m porˇadı´ a proto i s jinou na´vaznostı´; zapojenı´vyucˇujıćı´pravidelneˇkonzultovali pouzˇite´metody, rozsah la´tky i zadańı´ u´kolu˚. Studie probı´hala v Neˇmecku u skupiny 17letyćh studentu˚, cozˇ odpovı´da´ prˇiblizˇneˇ 3. rocˇnı´ku cˇtyrˇlete´ho nebo septimeˇ sedmilete´ho strˇedosˇkolske´ho studia v CˇR. Vy´sledkem srovnańı´je tvrzenı´, zˇe neza´lezˇıńa zvolene´m postupu. Oba vykazujı´ srovnatelne´vy´sledky, pouze v rocˇnı´ku, ktery´prˇedcha´zel samotne´hlavnı´studii a

13. UML – Uniﬁed modeling language

12 1. TEORETICKY´ ZA´ KLAD slouzˇil k doladeˇnı´jejıćh parametru˚, meˇl objects-later mı´rneˇlepsˇı´vy´sledky a to hlavneˇ ve znalosti UML. Na´sledujıćı´tabulka prˇina´sˇı´prˇehled te´mat a jejich porˇadı´prˇi vyúce v ra´mci studie. porˇadı´ objects-first 1. u´vod do OOP v prostrˇedı´BlueJ (koncepty, pouzˇitıóbjektu˚) 2. u´vod do IDE, promeˇnne´, konstanty, datove´typy v kontextu atributu˚ 3. trˇı´da a objekt (implementace trˇı´d, instancializace objektu˚) 4. selekce (podmıńky) vcˇetneˇNassi-Shneidermann diagramu˚ 5. metody v kontextu trˇı´d 6. cykly vcˇetneˇNassi-Shneidermann diagramu˚ 7. pole a rˇeteˇzce 8. deˇdicˇnost, abstraktnı´metody 9. asociativita, staticke´metody/atributy/, . . .

porˇadı´ objects-later 1. u´vod do IDE, promeˇnne´, konstanty, datove´typy bez kontextu atributu˚ 2. selekce (podmı´nky) vcˇetneˇNassi-Shneidermann diagramu˚ 3. cykly vcˇetneˇNassi-Shneidermann diagramu˚ 4. pole a rˇeteˇzce (rˇeteˇzce jako datovy´typ, ne trˇı´da) 5. u´vod do OOP v prostrˇedı´BlueJ 6. trˇı´dy a objekty 7. metody 8. deˇdicˇnost, abstraktnı´metody 9. asociativita, staticke´metody/atributy/, . . .

Znatelny´rozdı´l mezi obeˇma prˇı´stupy je jen v porˇadıóbtı´zˇnyćh a jednoduchyćh te´mat. V ra´mci studie hodnotili studenti na´rocˇnost probı´ranyćh te´mat a meˇrˇena byla i podle jejich vy´sledku˚. Kromeˇtoho, zˇe mı´sty tvrzenı´studentu˚neodpovı´da´prˇesneˇ dosazˇene´mu hodnocenı´, prˇı´stup objects-first plynule postupuje od nejjednodusˇsˇıćh te´mat k nejteˇzˇsˇı´m, zatı´mco prˇı´stup objects-later postupuje ve dvou vlnaćh od nejjed- nodusˇsˇı´ho k teˇzˇke´mu, v pu˚li zpeˇt k jednoduche´mu a koncˇıópeˇt na´rocˇny´m. Autorˇi studie zminˇujı´, zˇe v ra´mci vyúky se studenti sezna´mili i se za´klady objektove´ho modelovańı´, v rozsahu potrˇebne´m k pochopenıá pouzˇı´vańıúcˇiva a to i prˇi varianteˇobjects-later. Objektove´modelovańı´shleda´vajı´prˇirozenou soucˇa´stı´vyúky OOP. Autor [1] se zasta´va´prˇı´stupu objects-later, prˇedevsˇı´m proto, zˇe je v zacˇa´tcıćh jednodusˇsˇı´– student se prˇed prvnı´m rˇa´dkem funkcˇnı´ho ko´du musıńaucˇit jen ma´lo teorie. U´ vod do objektu˚ale navrhuje ucˇit brzy, samotne´programovańı´trˇı´d azˇpo probrańı´procedur, prˇeda´vańı´parametru˚, globa´lnıćh a loka´lnıćh deklaracıćh a teorii o prˇı´stupu k metoda´m a atributu˚m. S tı´m se nemohu ztotozˇnit, jelikozˇprobı´rańı´ procedur je prˇi vyúce OOP kontraproduktivnı´(procedury v OOP neexistujı´, zana´sˇı´ studentu˚m zmatek do prˇedstavy o strukturˇe ko´du mıćhańı´m dvou paradigmat), podobneˇgloba´lnıá loka´lnı´deklarace lze strucˇneˇpopsat pomocıátributu˚trˇı´d a lo-

13 1. TEORETICKY´ ZA´ KLAD ka´lnıćh promeˇnnyćh v metodaćh. Modelovańı´se opeˇt doporucˇuje ucˇit v pru˚beˇhu a to od samotne´ho pocˇa´tku. Cˇlańek Teaching Modeling with Objects First [6] je zameˇrˇeny´ pro zmeˇnu na objects-first prˇı´stup. Zdu˚raznˇuje, zˇe uzˇprofesor Niklaus Wirth zmıńil, zˇe studentu˚v menta´lnı´model je utva´rˇen prvnı´m jazykem, ktery´se ucˇil. Nejsem si jisty´, jak moc je toto tvrzenı´za´vazˇne´, nebot’rozdı´l mezi imperativnı´m a objektovy´m prˇı´stup nenı´ z hlediska obecnyćh prˇedstav azˇtak dramaticky´. Nemluveˇo soucˇasneńutnosti, aby byl programa´tor schopen plynule prˇecha´zet mezi ru˚zny´mi jazyky podle aktua´lnıćh potrˇeb. V cˇlańku je opeˇt zmıńeˇno, zˇe je nutneńaucˇit se nejprve velke´mnozˇstvı´teorie, nezˇlze napsat funkcˇnı´ko´d. Jako rˇesˇenı´se nabı´zı´prˇı´stup design-first. Autorˇi studenty nejprve na prˇı´kladu zna´me´deskove´hry (rea´lneú´lohy) sezna´mı´s objektovy´m modelem v UML. Na´sledneˇ z modelu objektu˚ odvodı´ diagram trˇı´d. Doporucˇujı´ take´pouzˇı´vańı´pomocnyćh na´stroju˚, ktere´studentu˚m z diagramu vygenerujı´deklarace trˇı´d, atributu˚a metod. Navrhujı´Rhapsody (http://www.ilogix.com/ rhapsody/rhapsody.cfm), Rational (http://www-306.ibm.com/software/ rational/) a Fujaba (http://www.fujaba.de), z nichzˇbohuzˇel pouze Fujaba je volneˇsˇirˇitelna´.

1.6 Jak budu ucˇit – obecna´metodika

V prˇedchozı´podkapitole jsme rozebrali metodicke´mozˇnosti zarˇazenı´jednotli- vyćh paradigmat do vyúky. Nynı´je vhodnaćhvı´le probrat obecne´formy vyúky bez ohledu na zvolene´paradigma. Dlouhodobeˇodzkousˇeneá beˇzˇne´formy vyúky programovańı´jsou vy´klad ucˇi- tele, ktery´m je zprostrˇedkovanańova´teorie, veˇtsˇinou vcˇetneˇdemonstrace kra´tkyćh u´seku˚ko´du, ktereúkazujı´vzoroveáplikace prˇı´padneˇsyntaxi. Da´le samostatna´praće studentu˚na zadańı´bud’prˇı´mo v hodineˇnebo formou domaćı´ho u´kolu. Obcˇas se zada´vajı´skupinove´projekty na kteryćh pracuje vıće studentu˚za´rovenˇ, cˇı´mzˇse simuluje ty´mova´praće v programa´torskyćh firmaćh. V soucˇasne´dobeˇvsˇak firmy vyuzˇı´vajıćelou skupinu ru˚znyćh metodik, ktere´ze- fektivnˇujı´tvorbu ko´du, majı´mı´t pozitivnı´vliv na vy´kon, soustrˇedeˇnı´, psychickou pohodu a vnı´mańı´kolektivu zameˇstnanci i jejich dalsˇıódborny´rozvoj. To vsˇe umozˇ- nˇuje tvorbu spolehliveˇjsˇı´ho ko´du, jeho revize a snazsˇıú´pravy i zacˇleneˇnıńovyćh pracovnı´ku˚. Vyuzˇitı´teˇchto metodik by mohlo by´t prˇıńosem i prˇi vyúce a to nejen proto, aby se s nimi potencia´lnı´budoucı´programa´torˇi sezna´mili jesˇteˇprˇed na´stupem do zameˇstnańı´, ale take´pro zefektivneˇnı´samotne´vyúky. V na´sledujıćı´m prˇehledu budou strucˇneˇzmıńeˇny postupy pouzˇı´vaneńebo pou- zˇitelne´prˇi vyúce s kra´tky´m shrnutı´m jejich vy´hod a nevy´hod a vhodnosti zarˇazenı´.

Programming from scratch je z minulosti nejrozsˇı´rˇeneˇjsˇı´forma zada´vańıú´kolu˚studentu˚m. Znamena´tvorbu programu od naproste´ho pocˇa´tku, neboli bez jake´- hokoliv drˇı´ve napsane´ho ko´du. Prˇi vyúce musı´student zna´t prˇedem vsˇe, co

14 1. TEORETICKY´ ZA´ KLAD

bude program obsahovat, a musı´by´t schopen vsˇechny tyto znalosti propojit do vy´sledne´ho celku. Tato podmıńka se da´teˇzˇko splnit, ucˇı´me-li se inkrementa´lnı´m zpu˚sobem a vynucuje psanı´velmi jednoduchyćh programu˚. Vy´hodou je, zˇe student vnı´ma´vesˇkerećˇa´sti ko´du ve vsˇı´jeho komplexnosti. Pokud je ko´d psany´mimo IDE v obycˇejne´m textove´m editoru a rucˇneˇkompilovań, student zı´ska´prˇesnou prˇedstavu o jednotlivyćh fa´zıćh vzniku programu od napsańı´ prvnıćh znaku˚ ve zvolene´m jazyce, azˇ po vznik samotne´ bina´rnı´ podoby programu, cozˇmańenahraditelny´vy´znam pro porozumeˇnıćˇinnosti pocˇı´tacˇe. Metoda je nevhodna´pro pocˇa´tecˇnı´fa´zi vyúky, kdy vy´razneˇzdrzˇuje a znemozˇnˇuje soustrˇedeˇnıńa jeden konkre´tnı´proble´m, protozˇe vynucuje struk- turovańı´proble´mu.[4, str. 107] Naopak je vhodna´ve fa´zi propojovańı´dı´lcˇıćh znalostıá porozumeˇnıćelku. Rozsˇirˇovańıéxistujıćı´hoko´du je protipo´lem prˇedchozı´metodiky a zı´skalo si oblibu prˇi vyúce OOP. V [4, str. 107] je zmıńeˇno, zˇe student nemu˚zˇe pochopit OOP na prˇı´kladu, kteryńeobsahuje veˇtsˇı´mnozˇstvı´trˇı´d. Za´rovenˇje nemozˇne´, aby zacˇa´tecˇnı´k tvorˇil hned celou rozsa´hlou aplikaci. Tuto disproporci je vhodne´ vyrovnat tı´m, zˇe vyucˇujıćıńachysta´mnozˇstvıúka´zkovyćh programu˚, do kte- ryćh student doplnˇuje jen cˇa´sti ko´du, ktery´m mu˚zˇe porozumeˇt na za´kladeˇ probrane´la´tky. Umozˇnˇuje to jeden z principu˚OOP: zapouzdrˇenı´. Podobne´ho efektu lze ale dosa´hnout i prˇi strukturovane´m paradigmatu, pokud je ko´d vhodneˇcˇleneˇn a student je sezna´men s funkcemi, ktere´jsou mu dostupne´ bud’ formou prˇipravene´knihovny nebo prˇı´mo v rozpracovane´m ko´du. Vy´- hodou je rychlaá cı´leneˇzameˇrˇena´praće na dane´m proble´mu a prˇedevsˇı´m prˇı´prava studenta na rea´lne´podmıńky, jelikozˇv prostrˇedı´firmy bude prav- deˇpodobneˇcˇasteˇji pracovat na u´praveˇa doplneˇnıéxistujıćı´ho ko´du, nezˇna tvorbeˇzcela noveáplikace. Nevy´hodou je nutnost obvykle rozsa´hle´prˇı´pravy prˇedem a zastıńeˇnıúcelene´prˇedstavy o chovańıá vzniku aplikace. Vyuzˇitı´je prˇedevsˇı´m v prvnı´fa´zi vyúky a beˇhem kolektivnıćh projektu˚. Pouzˇı´vańı´snippetu˚ neboli kra´tkyćh u´seku˚ko´du (s charakteristickou, cˇasto pouzˇı´- vanou strukturou) jsou idea´lnıálternativou k prˇedchozı´m dveˇma postupu˚m. Vyuzˇı´vajı´se jednak k demonstraci syntaxe urcˇityćh struktur a k prˇedvedenı´ obvyklyćh postupu˚rˇesˇenı´(na´vrhovyćh vzoru˚) nebo jako rychly´zpu˚sob oveˇ- rˇenı´konkre´tnı´znalosti prˇi zkousˇenı´. Vy´hoda konkre´tnı´ho zameˇrˇenıá prˇe- hlednosti je zrˇejma´, ovsˇem du˚lezˇite´je nezapomıńat na nevy´hodu, kterou je vytrzˇenı´z kontextu. To deˇla´zacˇa´tecˇnı´ku˚m velke´proble´my: uve´st prˇı´klad po- uzˇitı´ vnorˇene´ho cyklu for bez rˇa´dku˚ na kteryćh jsou deklarovane´ iteracˇnı´ promeˇnne´zacˇa´tecˇnı´ky mate, podobneˇjim mu˚zˇe deˇlat proble´my ota´zka „Kam vlastneˇko´d do programu vepsat?“ a je proto nezbytneńepouzˇı´vat snippety v pocˇa´tecˇnı´fa´zi vyúky. V [11, str. 5] se zminˇuje, zˇe tyto u´seky ko´du by meˇly do- drzˇovat na´sledujıćı´trˇi vlastnosti: jednoduchost (demonstrace konkre´tnı´veˇci, bez zbytecˇnyćh informacıńavıć), rea´lnost (prakticke´vyuzˇitı´, zˇa´dneábstraktnı´ proble´my nebo „prˇı´lisˇchytre´“ rˇesˇenı´, ktere´by ve studentovi evokovalo pocit,

15 1. TEORETICKY´ ZA´ KLAD

zˇe jde o magii), pragmatismus (nabı´dnuty´vzor nema´by´t idealizovany´, ale ma´ prˇedve´st prakticke´rˇesˇenı´, jake´by vytvorˇil profesiona´l). Model vodopa´d je jednou z mozˇnostı´zˇivotnı´ho cyklu vy´voje programu˚. Jde o line- a´rnı´pru˚chod jednotlivy´mi fa´zemi od zadańıá analy´zy proble´mu prˇes napro- gramovańıá testovańıáplikace azˇpo ukoncˇenı´podpory.V ru˚znyćh obmeˇnaćh (naprˇı´klad s mozˇnostı´vra´tit se vzˇdy na prˇedchozı´krok: prˇi programovańı´po- zmeˇnit na´vrh, prˇi testovańı´ prˇeprogramovat urcˇity´ u´sek) se jesˇteˇ objevuje, ale v praxi se jizˇpouzˇı´vajı´moderneˇjsˇı´modely. Vodopa´d odpovı´da´beˇzˇne´mu postupu rˇesˇenıú´loh prˇi vyúce. To ale odporuje dnes prosazovane´mu pravi- dlu znovupouzˇitelnosti ko´du a znemozˇnˇuje to vysveˇtlit princip refaktoringu14 ko´du. Pro jednoducheú´koly je prˇı´stup vhodny´, pro projekty je na zva´zˇenı´ pouzˇitıágilnıćh modelu˚. Agilnı´programovańı´ je modernıá cyklicky´prˇı´stup, na rozdı´l od linea´rnı´ho pojetı´ modelu vodopa´d: jednotlive´fa´ze se mohou a majıópakovat, zˇa´dnańenıńe- meˇnneˇdokoncˇena. Za´kladnı´mysˇlenky jsou shrnuty manifestem,15 ve ktere´m je kladen du˚raz na jednotlivce a interakci, fungujıćı´software mı´sto vycˇerpa´- vajıćı´dokumentace, spolupraći se za´kaznı´kem a reagovańı´m na zmeˇny mı´sto dogmaticke´ho dodrzˇovańı´pu˚vodnı´ho na´vrhu. Tyto hodnoty jsou vhodneí prˇi modernı´vyúce. Student je prˇi rˇesˇenıú´kolu agilnı´metodou v roli programa´tora a s ohledem na agilnı´principy pravidelneˇkonzultuje zadańıí sve´rˇesˇenı´s vy- ucˇujıćı´m. Ten mu˚zˇe zadańı´v pru˚beˇhu upravovat tak, aby le´pe odpovı´dalo jeho didakticky´m za´meˇru˚m, schopnostem studenta a potrˇeba´m smeˇrovańı´ jeho dalsˇı´ho rozvoje. Student pravidelneˇodevzda´va´dı´lcˇı´rˇesˇenı´, byt’cˇa´stecˇneˇ hotove´, nikoliv azˇhotove´dı´lo, prˇi odhalenıńedostatku˚s ko´dem opakovaneˇ pracuje a vylepsˇuje ho, mı´sto pouhe´ho ohodnocenı´sˇpatnou zna´mkou, ktere´ nema´zˇa´dny´didaktickyéfekt vyjma demotivace. To studenta motivuje take´ psa´t lepsˇı´ko´d, aby se v neˇm prˇi nucene´refaktorizaci opeˇt vyznal. Tento neu´- plny´vyćˇet pozitiv znı´te´meˇrˇutopisticky dokonale, proto je fe´r upozornit na velmi intenzivnı´zapojenı´vyucˇujıćı´ho a na´roky na neˇj kladene´, stejneˇjako na ochotu studenta veˇnovat se programovańıíntenzivneˇ. Extre´mnı´programovańı´ je jednou z metodik vzesˇlyćh z agilnı´ho programovańı´. Za´kladnı´mi principy (kromeˇdalsˇıćh meńeˇdu˚lezˇityćh) je rychla´zpeˇtna´vazba, prˇedpoklad jednoduchosti, prˇı´ru˚stkova´zmeˇna, vyuzˇitı´zmeˇny a kvalitnı´praće (citace z [3, str. 39]). Tyto principy je opeˇt vhodne´ zarˇadit do vyúky, jelikozˇ znesnadnˇujı´studentu˚m pochopenı´la´tky. Take´pravidlo do extre´mu precizneˇ dodrzˇovanyćh osveˇdcˇenyćh metod, o ktere´m se mluvı´ jizˇ v u´vodu knihy Kenta Becka (viz [3, str. 10]) lze doporucˇit alesponˇu rozsa´hlejsˇıćh u´kolu˚a

14. refaktoring ko´du: revize jizˇnaprogramovane´ho bloku, jeho prˇeprogramovańı´jiny´m, obvykle efek- tivneˇjsˇı´m zpu˚sobem 15. Manifest agilnı´ho programovańı´je dostupnyćˇesky na http://www.agilemanifesto.org/ iso/cs/.

16 1. TEORETICKY´ ZA´ KLAD

ty´movyćh projektu˚. Pravidelne´pecˇlive´pouzˇı´vańı´testu˚, revize jizˇnapsane´ho ko´du a jeho detailnı´pochopenı´, zachovańıćo nejvysˇsˇı´mı´ry jednoduchosti, zameˇrˇenıńa potrˇebnećˇa´sti a neimplementovańıńicˇeho, co nenıáktua´lneˇpo- trˇebne´. Naproti tomu „odvaze zahodit nefunkcˇnıćely´den psany´ko´d“ [3, str. 37] by meˇla vzˇdy prˇedcha´zet konzultace s vyucˇujıćı´m, ktery´vysveˇtlı´(pokusı´ se vysveˇtlit) prˇıćˇinu nefunkcˇnosti ko´du, aby se student mohl stejnećhyby pro prˇı´sˇteˇvyvarovat. Pa´rove´programovańı´ je jednou z metod navrhovanyćh metodologiı´ extre´mnı´ho programovańı´. Strucˇneˇse da´shrnout jako programovańı´dvou programa´toru˚ u jednoho pocˇı´tacˇe. V neˇkteryćh lidech vyvola´vaíhned prˇedstavu prˇetaho- vańı´se o kla´vesnici a mysˇnebo neusta´lyćh ha´dek cˇi hovoru˚mimo te´ma. Ve skutecˇnosti se ukazuje, zˇe azˇna vy´jimky prˇina´sˇı´vy´razne´zvy´sˇenıéfektivity vy´voje prˇedevsˇı´m dı´ky snı´zˇenıćhybovosti a kolektivnı´praći. Kazˇdy´ve dvojici pı´sˇe tehdy, kdyzˇmańa´pad na rˇesˇenı´, ten druhy´se snazˇı´pochopit jeho na´pad a usmeˇrnit ho vlastnı´m na´zorem. Je zˇa´doucı´, aby byli v ty´mu srov- natelneˇschopnı´jedinci, ale te´to metody lze vyuzˇı´t i k efektivnı´mu zaucˇenı´ novaćˇka. Praće ve veˇtsˇıćh ty´mech prˇina´sˇı´mensˇı´mı´ru zodpoveˇdnosti jednotlivce a mozˇnost jeho u´plne´ho vyloucˇenı´z praće na u´kolu (v prostrˇedı´sˇkoly jsou to studenti, kterˇı´se tzv. „vezou“ na praći ostatnıćh). Ve studii z MIT16 vsˇak oznacˇujı´ty´my dvou studentu˚za prˇı´lisˇkrˇehke´, v prˇı´padech, kdy studenti ve dvojici nedoka´zali z osobnıćh nebo jinyćh du˚vodu˚vza´jemneˇspolupracovat [11, str. 10] a doporucˇujı´ty´my o trˇech lidech. V prˇı´padeˇsamostatnyćh projektu˚ (kteryćh by ale nemeˇlo by´t prˇı´lisˇmnoho) bude tento prˇı´stup vhodneˇjsˇı´, prˇi nasazenı´v hodinaćh lze vıće doporucˇit pa´rove´programovańı´. TDD – Test driven development neboli vy´voj rˇı´zeny´testy je dalsˇıéxtre´mnı´tech- nikou, pro kterou je urcˇujıćı´testovańı´. Programa´tor prˇed samotny´m psanı´m ko´du nejprve vytva´rˇı´testy – sadu podmıńek, jak ma´vypadat vy´stup funkcıćˇi metod pro urcˇity´vstup. Funkce se povazˇuje za hotovou ve chvı´li, kdy splnˇuje vsˇechny testy. V prostrˇedı´sˇkoly lze tvorbu testu˚nechat na ucˇiteli, student pak implementuje ko´d a oveˇrˇuje si splneˇnıú´kolu podle u´speˇsˇne´ho splneˇnı´testu˚. Snadne´hodnocenı´splneˇne´ho u´kolu je zde vykoupeno nutnostı´prˇipravit testy a nebezpecˇı´m, zˇe ucˇitel nezkontroluje i forma´lnı´spra´vnost ko´du. Testy mu˚zˇe projı´t i vysoce neefektivnı´rˇesˇenı´, agilnıá extre´mnı´metodika take´prˇedpo- kla´da´, zˇe lze prˇi testovańı´zapomenout na neˇktere´singularity, ktereódhalı´ pra´veˇazˇrevize ko´du a revize samotnyćh testu˚. Prˇesto lze TDD doporucˇit v obou podobaćh. Testy prˇipraveneúcˇitelem jako pomu˚cku zbavit se zdrzˇenı´, ktere´vznika´vysveˇtlovańı´m jednoduchyćh chyb, ktere´mohou odhalit pra´veˇ testy a nepotrˇebujı´delsˇı´komenta´rˇ. Testy prˇipravene´studentem jsou skveˇly´m u´vodem do praxe. Zminˇme jen du˚lezˇite´podmıńky: testy musı´by´t psańy prˇed samotny´m programovańı´m aplikace, aby je student nepsal na mı´ru sve´mu

16. Massachusetts Institute of Technology

17 1. TEORETICKY´ ZA´ KLAD

rˇesˇenı´, nesmı´v prˇı´padeˇvyúky by´t jediny´m kriteriem spra´vnosti – prˇı´ma´kontrola vyucˇujıćı´m je sta´le nezbytna´pro kontrolu forma´lnı´spra´vnosti, u´pravy a efektivity rˇesˇenı´. Miniprojekty jsou alternativou klasicke´ho hodnocenı´. Autorˇi [4, str. 228, Mini Pro- ject Programming Exams] jej prˇedstavujı´jako nejefektivneˇjsˇı´ze skupiny u´st- nı´ho a pı´semne´ho zkousˇenıńa papı´r i u pocˇı´tacˇe a rozsa´hlejsˇıćh projektu˚. Prin- cip spocˇı´va´v zadańıú´kolu skupineˇ2 azˇ4 studentu˚, kterˇı´vytvorˇı´kompletnı´ program vcˇetneˇdokumentace a na´sledneˇjej demonstrujıá obhajujıńa u´stnı´ zkousˇce. Zadanyú´kol prˇitom nenı´prˇı´lisˇkomplexnı´, aby jeho rˇesˇenıńetrvalo prˇı´lisˇdlouho, ale na druhou stranu dostatecˇneˇkomplexnı´, aby studenti museli proka´zat odborne´znalosti. Hodnocenı´probı´halo na za´kladeˇna´sledujıćıćh krite´riı´: realismus (realisticke´pozˇadavky zadańıí samotny´proble´m vycha´zejıćı´ z praktickeú´lohy), konstruktivita (student proka´zˇe schopnost konstruktivneˇ vyuzˇı´vat mozˇnosti jazyka), prˇı´prava (student ma´prostor se adekva´tneˇprˇipra- vit a zjistit jake´dovednosti budou testovańy), u´plnost (zadańı´pokry´va´kom- pletnı´rozsah probı´rane´ho ucˇiva), efektivita (mozˇnost kontrolovat a hodnotit efektivnı´m zpu˚sobem), individualita (proveˇrˇuje se individua´lnı´ schopnost konkre´tnı´ho studenta), odolnost vu˚cˇi podvodu (student nemu˚zˇe dosa´hnout dobre´ho vy´sledku podvodem), zpeˇtna´vazba (student zı´ska´zpeˇtnou vazbu k vy´sledku˚m sve´praće). Nejnizˇsˇıódolnost vykazuje tento prˇı´stup z hlediska odolnosti vu˚cˇi podvodu, ktere´mu lze prˇedejı´t jen cı´leny´mi ota´zkami prˇi u´stnı´ prezentaci. Acˇkoliv autorˇi zamy´sˇleli tuto metodu pro vyuzˇitı´prˇi za´veˇrecˇne´ zkousˇce na vysoke´sˇkole, lze ji u´speˇsˇneˇuplatnit i u pru˚beˇzˇne´ho zkousˇenıńa strˇedosˇkolskeú´rovni. Ucˇitel vsˇak musı´mı´t v za´sobeˇdostatek te´mat zadańı´, aby se prˇedesˇlo kopı´rovańı´rˇesˇenı´z prˇedchozıćh let. Programovańıńa papı´ra krokovańı´ko´du se cˇasto podcenˇuje, prˇestozˇe jde o vyni- kajıćı´zpu˚sob jak se procvicˇit v porozumeˇnı´ko´du. V soucˇasne´dobeˇrychlyćh pocˇı´tacˇu˚je pomeˇrneˇsnadne´beˇzˇneú´koly beˇhem pa´r vterˇin cele´zkompilovat a nechat prˇekladacˇzahla´sit, kde je syntaktickaćhyba nebo zkusit jak se program chova´. Programovańı´metodou pokus–omyl je ve vyúce ma´lo vhodne´. I kdyzˇma´take´sve´mı´sto, meˇli by studenti zna´t hranice mozˇnostıá prˇesny´vy´- znam toho, co pı´sˇı´. Je vhodneáby se naucˇili sami vyhleda´vat v dokumentaci a spra´vneˇji interpretovat. K tomu pomu˚zˇe, pokud alesponˇobcˇas budou nuceni spolehnout se jen na sve´znalosti prˇı´padneˇtisˇteˇnou dokumentaci pouzˇı´va- nyćh knihoven a funkcıćˇi objektu˚mı´sto syntakticke´ho analyza´toru prˇekla- dacˇe. Odhalı´to skutecˇnou u´rovenˇfaktickyćh znalostı´, ktere´jsou nezbytne´pro efektivnı´programovańıá za´rovenˇprocvicˇuje orientaci v dokumentaci. Pro- ble´mem je na´rocˇnost na kontrolu, ktera´mu˚zˇe by´t snı´zˇena tı´m, zˇe studenti ko´d sice nesmı´kompilovat ale pı´sˇı´do textove´ho editoru v pocˇı´tacˇi. Vyucˇujıćı´mu˚zˇe take´studentu˚m neurcˇiteˇradit (naprˇ. „Zkontroluj si deklarace promeˇnnyćh.“), cˇı´mzˇsnı´zˇı´stres a zvy´sˇıéfektivnost takove´vyúky. Studenti majıćˇasto proble´m pochopit linearitu ko´du a neˇktere´bloky (cˇasto se to deˇje u vnorˇenyćh cˇa´stı´

18 1. TEORETICKY´ ZA´ KLAD

ko´du, prˇedevsˇı´m vnorˇenıćyklu˚) vnı´majıćhybneˇjako celek, jehozˇstruktura jim nenı´zrˇejma´. Tento proble´m odboura´, pokud se naucˇı´ko´d sami krokovat, neboli prˇı´kaz po prˇı´kazu interpretovat jako by byli interpretem ko´du. Zacˇa´- tecˇnıći mohou na procvicˇenı´dostat uka´zky kra´tkyćh programu˚, ktere´detailneˇ po krocıćh popı´sˇı´v cˇinnosti. Teprve potom jim bude povoleno je spustit na pocˇı´tacˇi.

Chybny´ko´d by´va´prˇi vyúce obcˇas povazˇovań za neˇco nepatrˇicˇne´ho. Pravdou je, zˇe chyby v programech jsou v soucˇasnosti povazˇovańy za beˇzˇnou soucˇa´st vy´voje (na to take´reagujıágilnı´metodiky a snizˇovat vy´skyt – nikoliv odstranit – se snazˇı´TDD. I studenti by meˇli by´t prˇi vyúce konfrontovańi s chybny´m rˇesˇenı´m (viz [12, str. 4]), at’uzˇvlastnı´m, ostatnıćh studentu˚nebo „vzoroveˇsˇpatny´m“. Veˇtsˇina chyb se opakuje a neˇkterˇı´jedinci urcˇitou chybu neudeˇlajı´jednou, ale v jine´m kontextu si jıńevsˇimnou. Je nutne´takovyćhybny´ko´d prˇedve´st, ozna- cˇit za chybnyá da´t prostor studentu˚m, aby sami chybu odhalili nebo alesponˇ je pouze nasmeˇrovat. Jednoduchy´vyćˇet chyb se mı´jıúćˇinkem, je nezbytne´, aby studenti byli do odhalenıćhyby aktivneˇzapojenıá ko´d pochopili a sami takeópravili. Prˇı´kladem bud’ na´sledujıćıúka´zka v jazyce C. i n t i=0; i n t j=0; for (; i<5;i++) { for (; j<10;j++) { printf (” * ”); } printf (”\n” ) ; }

Nejle´pe vlastnı´m krokovańı´m ko´du napsany´m na tabuli studenti odhalı´, zˇe vynechańıínicializacˇnı´ho kroku ve vnitrˇnı´m cyklu prˇes promeˇnnou j zpu˚sobuje, zˇe mı´sto odhadovane´ho chovańı´(vypsat hveˇzdicˇky v obde´lnı´ku 5 rˇa´dku˚ a 10 sloupcu˚) bude ko´d ve skutecˇnosti vypisovat jen prvnı´rˇa´dek a pak uzˇjen odrˇa´dkovańı´.

PBL – Problem based learning?? je ucˇenı´ zalozˇene´ na rˇesˇenı´ rea´lnyćh proble´mu˚. Studenti jsou konfrontovańı´s proble´mem, kteryódpovı´da´realiteˇ, cozˇzvysˇuje porozumeˇnıá motivaci. Cˇlańek Learning Programming with the PBL Method — Experiences on PBL Cases and Tutoring na stranaćh 47 azˇ67 v [4] popisuje implementaci tohoto prˇı´stupu ve vysokosˇkolske´m prostrˇedı´jako hlavnı´ vyúkove´metody. Fa´ze vyúky jsou rozdeˇleny do trˇıćˇa´stı´: kra´tkeú´vodnı´se- tkańı´(sezna´menı´s u´kolem, identifikace klıćˇovyćh proble´mu˚, brainstorming vsˇech zućˇastneˇnyćh a asociace k proble´mu˚m, na´vrh modelu, ktery´vysveˇtluje a popisuje u´kol, stanovenı´studijnıćh cı´lu˚), samostatne´studium (kazˇdy´za- pojeny´student se v pru˚beˇhu jednoho ty´dne samostatneˇprˇipravuje na rˇesˇenı´ stanovenyćh proble´mu˚a splneˇnı´studijnıćh cı´lu˚), uzavı´rajıćı´setkańı´(jedno azˇdvouhodinove´setkańı´s prezentacı´vy´sledku˚a sezna´menı´s navrzˇeny´mi rˇesˇenı´mi).

19 1. TEORETICKY´ ZA´ KLAD

Acˇkoliv studie poukazuje na u´speˇsˇneńasazenı´te´to metody v u´vodnı´m kurzu programovańıńa VSˇ, lze kla´st ota´zku, zda by tento prˇı´stup uspeˇl i na strˇenı´ sˇkole. Autorˇi prˇizna´vajı´, zˇe metoda klade velky´du˚raz na individua´lnı´prˇı´- pravu jednotlivce a jeho osobnı´snahu se sa´m naucˇit. Cˇa´stecˇneˇnebo v plne´ mı´rˇe nahrazuje klasicky´vy´klad samostudiem. Autorˇi experimentovali i s variantou vyúky bez ucˇitele, ktery´by studenty vedl, jelikozˇstanovenı´studijnıćh cı´lu˚je stejneˇv kompetenci studenta samotne´ho. Metodu lze vıće doporucˇit v prostrˇedı´dobrˇe motivovanyćh a samostatnyćh studentu˚s kvalitnı´mi studij- nı´mi materia´ly. Pro beˇzˇnou strˇedosˇkolskou vyúku bude inspirativnı´pouzˇitı´ rea´lnyćh u´loh jako prostrˇedku lepsˇı´ho pochopenı´zadańıá mozˇnost prˇenechat studium faktografickyćh u´daju˚na samostatnou prˇı´pravu studenta. Probı´rańı´ teoreticke´la´tky formou prˇedna´sˇky hodnotıńeˇkterˇı´vyucˇujıćı´jako neefektivnı´ a nahrazujı´je zcela cvicˇenı´mi s kra´tky´m opakovańı´m teorie na zacˇa´tku vyúky (viz naprˇ. [14, str. 3 a 4]) nebo je sice povazˇujı´za (na VSˇ u´rovni) nutnou soucˇa´st, ale prˇipravujı´je vy´razneˇinteraktivnı´formou a prokla´dajıćˇasty´mi ota´zkami (viz [11]). Jelikozˇsamotny´vy´klad ma´velkećˇasoveńa´roky a nevyuzˇı´va´prˇitom efektivneˇprˇı´lezˇitost interakce studenta a vyucˇujıćı´ho, mohlo by by´t uzˇitecˇne´ v duchu PBL nahradit vy´klad samostatnou prˇı´pravou s ucˇitelem stanoveny´mi cı´li a prˇı´padneńejasnosti vysveˇtlit jen v kra´tke´m opakovańı´. Konkre´tnı´ probı´rana´la´tka mu˚zˇe by´t podle PBL prˇedstavena azˇjako prostrˇedek rˇesˇenı´ proble´mu v zadaneú´loze [19, str. 149].

Multimedia´lnı´vyúka mu˚zˇe by´t pra´veˇvhodnou na´hradou klasicke´ho vy´kladu. Jako takovou ji prˇedstavuje [17] – vyúka pomocı´multimedia´lnıćh materia´lu˚a e- learningove´ho prostrˇedı´17 zvysˇuje u´rovenˇporozumeˇnı´la´tce vy´razneˇvıće nezˇ beˇzˇne´tisˇteˇneúcˇebnice. Podle studie neza´visıńa tom, v jake´fa´zi jsou studenti multimedia´lnı´mu vyúkove´mu obsahu vystaveni, zda prˇed, v pru˚beˇhu nebo po prˇecˇtenıúcˇebnic. Prˇesto pochopitelneˇje doporucˇeno pouzˇı´vat multime´dia jako doplneˇk, nikoliv jediny´prostrˇedek. Jesˇteˇsˇirsˇı´vyuzˇitı´multime´diı´dopo- rucˇuje [14]. Vyucˇujıćı´prˇipravuje nahra´vky vy´kladu o konkre´tnıćh te´matech (naprˇ. podmıńky nebo deˇdicˇnost) v de´lce 5 azˇ15 minut. Kromeˇtoho jsou studentu˚m k dispozici online testy a kvı´zy jako soucˇa´st hodnocenıí prostor pro samostudium a procvicˇenı´. Proble´m teˇchto materia´lu˚spocˇı´va´ve velke´prac- nosti a cˇasoveńa´rocˇnosti na jejich prˇı´pravu, ktera´je mimo rozsah mozˇnostı´ strˇedosˇkolske´ho ucˇitele.

17. Uka´zka (v dobeˇpsanı´textu neprˇı´lisˇfunkcˇnı´) syste´mu CIMEL je na adrese www.cse.lehigh.edu/ cimel/.

20 Kapitola 2 Graﬁcky´popis algoritmu˚

Soucˇa´stı´rˇesˇenı´zadane´ho u´kolu je rozbor a na´vrh postupu rˇesˇenı´. Tyto fa´ze je vhodne´formulovat nejprve mysˇlenkoveˇa slovneˇv prˇirozene´m jazyce a pak graficky, prˇı´padneˇpomocı´vhodne´metodiky nejprve graficky zaznamenat dostupna´fakta a pak modelovat rˇesˇenı´. Samotny´za´pis v programovacı´m jazyce je velice komplexnı´ u´loha, jak jizˇbylo neˇkolikra´t zmıńeˇno. K usnadneˇnı´ prˇepisu do programovacı´ho jazyka poma´ha´vhodneˇzvolena´graficka´reprezentace proble´mu. Umozˇnˇuje uvolnit pameˇt’a soustrˇedit se na konkre´tnıćˇa´sti v jejich detailu nebo i komplexnosti cele´ho sche´matu. Podstatne´je, aby graficka´reprezentace opravdu usnadnˇovala orientaci v proble´mu. Nesmı´sama o sobeˇprˇida´vat na slozˇitosti u´vah nebo nava´deˇt k nevhodny´m rˇesˇenı´m. Graficka´reprezentace musı´by´t zvolena tak, aby byla kompatibilnı´se zvoleny´mi na´stroji rˇesˇenı´(paradigmatem).

2.1 Vy´vojove´diagramy

Na cˇesky mluvıćı´m u´zemıí v cˇesky psane´literaturˇe drˇı´veˇjsˇı´doby je nejrozsˇı´rˇeneˇj- sˇı´m modelem vy´vojovy´diagram. Te´meˇrˇv kazˇdeúcˇebnici strukturovane´ho progra- movańıńebo algoritmizace jsou vysveˇtleny jeho za´kladnı´prvky. Vy´vojove´diagramy jsou od roku 1996 normovaneĆˇSN ISO 5807, do te´doby (od roku 1974) byly po- psańy normou CˇSN 36 9030. Ve skutecˇnosti novaćˇeskańorma vycha´zı´z mezina´rodnı´ normy ISO 5807:1985. Diagram se skla´da´z normou definovanyćh geometrickyćh u´tvaru˚, ktere´majı´svu˚j jednoznacˇny´vy´znam, z hlediska struktury ko´du, jako naprˇı´klad blok vstupu dat od uzˇivatele. Konkre´tnı´vy´znam v dane´m mı´steˇovlivnˇuje text vepsany´do znacˇky, ktery´m se naprˇı´klad specifikuje jaka´data se od uzˇivatele budou nacˇı´tat, vy´raz, ktery´ ma´by´t vyhodnocen v podmıńce, nebo promeˇnna´, ktera´bude uzˇivateli vypsańa. Po- doba teˇchto u´daju˚nenıńormou stanovena, pouze se doporucˇuje pouzˇı´t jednoduchy´ text nebo dalsˇı´mi normami stanoveny´matematicky´za´pis. Rozhodneˇby tyto textove´ popisky nemeˇly by´t psańy syntaxı´konkre´tnı´ho jazyka, aby se od programovacı´ho jazyka mohlo abstrahovat a diagram byl srozumitelnyí neprograma´torovi. V normeˇje popsane´veˇtsˇı´mnozˇstvı´symbolu˚a umozˇnˇuje jejich vyuzˇitı´pro celkem peˇt ru˚znyćh oblastı´: diagramy toku dat, diagramy programu˚, diagramy syste´mu, sı´t’ove´diagramy programu a diagramy zdroju˚syste´mu. Pro potrˇeby vyúky programovańı´se obvykle omezujeme jen na na´sledujıćıćh neˇkolik znacˇek:

21 2. GRAFICKY´ POPIS ALGORITMU˚

symbol popis Meznı´symbol Oznacˇuje pocˇa´tek a konec algoritmu nebo neˇjakećˇa´sti ko´du (procedury). Kazˇdyálgoritmus smı´mı´t jen jeden pocˇa´tek a jeden konec. Pro zacˇa´tek funkce se pouzˇije mı´sto slova „START“ jejıńa´zev. Spojnice Spojuje ostatnı´symboly a tı´m urcˇuje smeˇr vykona´vańı´ programu. Standardneˇnemusı´by´t oznacˇena sˇipkou a smı´by´t jen svislańebo vodorovna´. Smeˇr vykona´- vańı´je vzˇdy shora dolu˚a zleva doprava. Docha´zı´-li ke spojenı´dvou spojnic, jedna z nich je k druheńa- mı´rˇena kolmo a veˇtsˇinou pro prˇehlednost oznacˇena sˇipkou. V praxi se sˇipkou oznacˇujı´spojnice pro na´- zornost vzˇdy. Platı´za´kaz rozdeˇlenı´spojnice do vıće smeˇru˚. Zpracovańı´ Pouzˇı´va´se k volańı´prˇı´kazu cˇi prˇirˇazenı´, obecneˇk pro- vedenıńeˇjakeóperace definovane´textovy´m popisem. Do symbolu mu˚zˇe mı´rˇit vıće vstupu˚, vzˇdy je ale jen jeden vy´stup. Nejen pro zacˇa´tecˇnı´ky je ale dobre´do- drzˇovat pouzˇitı´jednoho vstupu a pokud je potrˇeba mı´t vstupu˚vıće, spojit je do jednoho prˇedem prˇı´mo na spojnici. Vstup a vy´stup dat Nacˇtenı´dat (od uzˇivatele) nebo jejich vypsańı´. Zda se jednaó vstup nebo vy´stup se obvykle zapisuje slovy cˇti nebo zapisˇ prˇed na´zvem promeˇnne´ke ktere´se ope- race vztahuje. Vstupy a vy´stupy jsou jako u zpracovańı´. Podmıńka (rozhodovańı´) Symbol veˇtvenı´ko´du na za´kladeˇvyhodnocenı´pod- mıńky. S ohledem na veˇtsˇinu imperativnıćh jazyku˚ mı´vaóbvykle dva vy´stupy podle bina´rnı´ho charakteru rozhodovacı´ho vy´razu. Prˇesto podle normy lze veˇtvit i na 3 nebo vıće vy´stupnıćh veˇtvı´. Aby nedocha´- zelo ke komplikacı´m prˇi prˇepisu do programovacı´ho jazyka, meˇli by studenti obeˇveˇtve vzˇdy pozdeˇji spojit do jedne´spojnice. To uzˇale vyzˇaduje prˇemy´sˇlenı´ v kontextu linea´rnı´ho imperativnı´ho za´pisu.

22 2. GRAFICKY´ POPIS ALGORITMU˚

symbol popis Spojka Umozˇnˇuje prˇerusˇit kresbu diagramu v urcˇite´m mı´steˇ a pokracˇovat jinde. Vzˇdy musıéxistovat pra´veˇdvojice se stejny´m popiskem, z nichzˇjeden symbol je vy´stup a druhy´vstup. Prˇı´prava Tento symbol by´va´ – a to i v literaturˇe – pouzˇı´vań jen vy´jimecˇneˇ. Oznacˇuje prˇı´pravu nebo modifikaci neˇjake´ cˇinnosti. Obcˇas se vyuzˇı´va´ pro za´pis cyklu˚ s vyjmenovany´mi hodnotami (jako v uka´zce), cozˇale nenı´vhodne´. Ve veˇtsˇineˇliteratury se pro za´pis cyklu˚ pouzˇı´va´kombinace podmıńky a zpracovańı´, cozˇmaí vy´hodu v na´zorne´m vysveˇtlenı´ rozdı´lu mezi cykly s podmıńkou na zacˇa´tku a na konci a cyklem for (jsou- li v dane´m jazyce prˇı´tomny). Cyklus Dvojice symbolu˚pro zacˇa´tek a konec opakovaneób- lasti – cyklu. Je sice specifikovanańormou, prakticky se s nıále nelze nikde setkat, jelikozˇby´vańahrazena intuitivneˇjsˇı´m za´pisem pomocı´podmıńek a vracejı´- cıćh se spojnic. Prˇesto lze vıće nezˇ doporucˇit pou- zˇitı´tohoto symbolu, jelikozˇle´pe odpovı´da´strukturovane´mu za´pisu ko´du a napoma´ha´zprˇehledneˇnı´diagramu. V prvnı´m bloku se nejprve uva´dı´ pojme- novańı´ cyklu, pod nı´m podmıńka beˇhu cyklu, je-li na zacˇa´tku. Je-li podmıńka na konci cyklu, uvede se v uzavı´racı´m bloku a pod nıópeˇt pojmenovańıćyklu.

Acˇkoliv jsou vy´vojove´diagramy snadno pochopitelny´m a (pro jednoducheú´lohy) prˇehledny´m zpu˚sobem zakreslenıálgoritmu, obsahujı´jednu zra´dnou vlastnost a tou jsou pra´veˇpodmıńky a spojovańı´spojnic. Zacˇa´tecˇnıći majı´tendence propojovat ve svyćh sche´matech ru˚znećˇa´sti, ktere´pak nelze strukturovaneˇzapsat tak, jak jsou za- kresleny. Navrzˇene´sche´ma je prˇepsatelne´jen s velky´mi obtı´zˇemi a svojı´strukturou se vy´znamneˇlisˇıód za´pisu v programovacı´m jazyce. Mozˇnost smeˇrovat a spojo- vat jednotlive´veˇtve podmıńek libovolneˇtotizˇnevadı´v aplikaci „beˇzˇnyćh zˇivotnıćh procesu˚“ a nevadıáni v obycˇejne´m imperativnı´m paradigmatu. Jakmile ovsˇem s na´- stupem strukturovane´ho paradigmatu zaka´zˇeme pouzˇı´vańı´skoku˚(prˇı´kaz goto), nelze uzˇneˇktera´sche´mata snadno prˇepsat. Prˇı´kladem bud’na´sledujıćıúka´zka, ktera´ je po forma´lnı´strańce spra´vneˇ, ale bez prˇı´kazu skoku je prˇepis pomeˇrneˇna´rocˇny´ (vzhledem k celkove´trivialiteˇprˇı´kladu) a zdaleka ne prˇı´mocˇary´. Student mu˚zˇe naby´vat dojmu, zˇe neˇco jine´ho nakreslil a neˇco jine´ho zapsal. Pak je vhodneńakresleny´ diagram postupneˇupravovat tak, aby zı´skal podobu prˇepsatelnou do strukturova-

23 2. GRAFICKY´ POPIS ALGORITMU˚

Obra´zek 2.1: Prˇı´klad vy´vojove´ho diagramu, kteryńelze bez u´prav prˇı´mo prˇepsat do strukturovane´ho jazyka. ne´ho jazyka. (Prakticky stacˇıódstranit krˇı´zˇenıćyklu˚neboli zacˇı´t pouzˇı´vat symbol pro cykly.) Pro vytva´rˇenı´vy´vojovyćh diagramu˚lze doporucˇit volneˇsˇirˇitelny´multiplatformnı´ (napsany´v Javeˇ) program yED1 nebo volneˇsˇirˇitelny´program Dia pro GNU/Linux.

2.2 Kopenogram

Meńeˇzna´my´zpu˚sob za´pisu algoritmu˚je tzv. kopenogram, jehozˇna´zev je odvo- zen od jeho (cˇeskyćh) autoru˚, pańu˚Kofrańka, Pecinovske´ho a Nova´ka. Tento typ sche´matu byl navrzˇeny´pro vyúku s jazykem Karel. Nenı´tolik univerza´lnı´jako vy´-

1. program je dostupny´na http://www.yworks.com/en/products_yed_about.html

24 2. GRAFICKY´ POPIS ALGORITMU˚ vojove´ diagramy, ale uzˇ jeho graficky´ za´pis nava´dı´ studenta k tvorbeˇ algoritmu, ktery´pu˚jde zcela prˇı´mocˇarˇe prˇepsat do strukturovane´ho jazyka. Zatı´mco vy´vojovy´ diagram popisuje de facto tok mysˇlenek, kopenogram lze oznacˇit spı´sˇe za graficky´ strukturovany´jazyk, pra´veˇkvu˚li tomu, zˇe urcˇite´konstrukce, ktere´by prˇi prˇepisu zpu˚sobily proble´m (krˇı´zˇenıćyklu˚apod.), v neˇm nelze vytvorˇit. To je jeho vy´hoda a za´rovenˇi nevy´hoda. Proble´m s prˇevedenı´m u´kolu do sekvencˇnı´strukturovane´ podoby se totizˇprˇesouva´z fa´ze prˇepisu diagramu do ko´du uzˇdo fa´ze zachycenı´ mysˇlenky grafickou formou. Proto je kopenogram vhodny´spı´sˇjako mezistupenˇmezi vy´vojovy´m diagramem a ko´dem v jazyce nezˇjako na´hrada vy´vojovyćh diagramu˚.

Ha´da´nı´cˇı´sla

↓ generuj na´hodne´cˇ. A ↓ pisˇ Ha´dej! cˇti X X 6= A ↓ pisˇ Sˇpatneˇ! pisˇ Ha´dat da´l? cˇti Volba

X 6= A a Volba = ’A’

X = A ↓ pisˇ Spra´vneˇ! pisˇ Ha´dane´cˇı´slo bylo A. pisˇ Znovu? cˇti Volba

Volba = ’A’ pisˇ Peˇkny´den

Obra´zek 2.2: Prˇı´klad algoritmu zapsane´ho kopenogramem.

Kopenogram obsahuje velmi jednoduche´prvky. Jednotlivećˇinnosti jsou zapiso- vańy vzˇdy postupneˇpod sebe. Program nebo funkce je tvorˇena ra´mecˇkem, ktery´ma´ 2 bunˇky: hornıóbsahuje na´zev ko´du, spodnı´samotny´ko´d. Podmıńky jsou tvorˇeny ra´mecˇkem o cˇtyrˇech bunˇkaćh: leva´hornıóbsahuje podmıńku, prava´hornı´sˇipku mı´rˇıćı´dolu˚, leva´spodnı´ko´d vykona´vany´prˇi splneˇnı´podmıńky, prava´spodnı´ko´d prˇi nesplneˇnı´podmıńky. Cyklus se zakresluje ra´mecˇkem o trˇech bunˇkaćh pod sebou. Hornıńebo spodnıóbsahuje podmıńku cyklu podle toho, zda jde o cyklus s pod-

25 2. GRAFICKY´ POPIS ALGORITMU˚ mıńkou na zacˇa´tku cˇi konci, prostrˇednı´bunˇka obsahuje ko´d v teˇle cyklu a zby´vajıćı´ pak sˇipku mı´rˇıćı´zpeˇt na ko´d. Jine´prvky jazyka neexistujı´. Pokud bychom chteˇli zakreslit program na ha´dańıćˇı´sel pomocı´kopenogramu, vypadal by jako na prˇilozˇene´m obra´zku. Stojı´za zmıńku, zˇe oproti vy´vojovy´m diagramu˚m je pro kopenogramy veˇtsˇı´proble´m zı´skat software, ve ktere´m by se daly snadno kreslit (uvedeny´prˇı´klad je tvorˇeny´tabulkami v jazyce LATEX).

2.3 Nassi-Shneidermannu˚v diagram

Dalsˇı´ typ diagramu˚ vytvorˇili a v [18] popsali Isaac Nassi a jeho student Ben Shneidermann. Jejich diagramy jsou podobne´kopenogramu v tom smyslu, zˇe take´ slouzˇı´ke graficke´mu zna´zorneˇnı´strukturovane´ho ko´du (ten v pu˚vodnı´m cˇlańku autorˇi nazy´vajı´„GOTO-less programming“). Oproti kopenogramu jsou ale poneˇ- kud jednodusˇsˇıá je dostupny´software pro jejich kresbu. Tyto diagramy se neˇkdy oznacˇujı´take´jako N-S diagramy, NSD nebo strukturogramy a jsou standardizovańy neˇmeckou normou DIN 66261. Jejich zapojenı´do vyúky bylo zmıńeˇno i v [8]. Cely´ko´d je opeˇt zapsany´v tabulce. Cˇinnosti jsou opeˇt psane´pod sebe na jednotlive´rˇa´dky. Tentokra´t uzˇale nenıńa´zev programu v za´hlavı´; podmıńky jsou zna´zor- neˇny tak, zˇe z hornıćh rohu˚prˇı´slusˇne´ho rˇa´dku vybı´hajıćˇa´ry do strˇedu spodnı´hrany rˇa´dku. Vznikle´trˇi troju´helnı´ky obsahujı´dveˇmozˇne´hodnoty a podmıńku. Na´sle- dujıćı´rˇa´dky jsou pak azˇdo konce bloku vyhrazene´ho podmıńce rozdeˇleneńa dva sloupce. N-S diagramy umozˇnˇujıí vıćestavove´podmıńky veˇtsˇı´m pocˇtem sloupcu˚ a prˇı´slusˇnyćh hodnot. Cykly se zapisujı´tak, zˇe v prvnı´m nebo poslednı´m rˇa´dku je podmıńka cyklu (podle toho kdy se kontroluje) a bunˇky ko´du jsou v cele´de´lce teˇla cyklu odsazeny da´le od okraje, ktery´je spojen s bunˇkou podmıńky. Jine´prvky sche´mata neobsahujı´. Prˇı´kladem bude opeˇt obra´zek s programem na ha´dańıćˇı´sel.

2.4 UML2

Unified Modelling Language (UML) je celou rodinou ru˚znyćh typu˚diagramu˚, resp. jazykem pro popis (cˇi na´vrh) ru˚znyćh procesu˚prˇi vy´voji programu˚. Za standard zodpovı´da´skupina Object Management Group a tento jazyk je v soucˇasne´dobeˇ (obzvla´sˇteˇprˇi pouzˇı´vańıóbjektove´ho paradigmatu) pravdeˇpodobneˇv praxi nejpo- uzˇı´vaneˇjsˇı´. Zacˇa´tecˇnıći obvykle va´hajı´, jestli se jej ucˇit kvu˚li jeho obsa´hlosti, ale pro potrˇeby strˇedosˇkolske´vyúky si vystacˇı´me pravdeˇpodobneˇjen s jednı´m nebo dveˇma typy. Ve standardu UML 2 jsou tyto typy diagramu˚(netradicˇnıćˇı´slovańı´je pouzˇito pro prˇehledneˇjsˇıódkazovańı´v pozdeˇjsˇı´m textu a na´zorne´logickećˇleneˇnı´typu˚): A. Diagramy struktury (A.1) Diagram objektu˚

2. Vynikajıćı´strucˇny´prˇehled mozˇnostıÚML je dostupnyńa adrese http://www.sparxsystems. com/resources/uml2_tutorial/ ze ktere´jsem takećˇerpal pro tuto kapitolu.

26 2. GRAFICKY´ POPIS ALGORITMU˚

Obra´zek 2.3: Prˇı´klad algoritmu zapsane´ho Nassi-Shneidermannovy´m diagramem.

(A.2) Diagram trˇı´d (A.3) Diagram komponent (A.4) Diagram balı´cˇku˚ (A.5) Diagram nasazenı´syste´mu (A.6) Diagram kompozitnı´struktury (A.7) Diagram proﬁlu

B. Diagramy chova´nı´

(B.8) Diagram aktivit (B.9) Diagram prˇı´padu˚pouzˇitı´(use-case) (B.10) Diagram stavovy´ch automatu˚ (B.x) Diagramy interakcı´ (B.x.11) Diagram komunikace

27 2. GRAFICKY´ POPIS ALGORITMU˚

(B.x.12) Diagram prˇehledu interakcı´ (B.x.13) Sekvencˇnı´diagram (B.x.14) Diagram cˇasova´nı´

Z teˇchto vsˇech diagramu˚je pro potrˇeby vyúky OOP vhodne´pouzˇı´vat diagram objektu˚(A.1) a trˇı´d (A.2). Diagramy objektu˚umozˇnˇujı´schematizovat vsˇechny objekty, ktere´v daneú´loze vystupujı´. V tomto sche´matu se na´sledneˇidentifikujı´jednotlive´ typy objektu˚a jejich vazby, z cˇehozˇvznikne na´vrh jednotlivyćh trˇı´d a jejich vztahu˚, cozˇzakreslı´me v diagramu trˇı´d. Tento postup je doporucˇenyńeˇmecky´mi kolegy, kterˇı´vyúku OOP a objektove´ho modelovańı´s UML zava´deˇli na tamnıćh strˇednıćh sˇkolaćh [6, str. 2]. Zacˇıńat modelem popisujıćı´m prˇı´mo konkre´tnı´trˇı´dy (diagram trˇı´d) se pro zacˇa´tecˇnı´ky uka´zalo prˇı´lisˇslozˇite´, ale diagram objektu˚odpovı´da´vıćemeńeˇre- a´lne´sceńeˇa identifikovat v neˇm podobne´typy objektu˚je uzˇjednoduche´. Vy´hodou samotne´ho diagramu trˇı´d je mozˇnost vygenerovat z neˇj ve vhodne´m na´stroji prˇı´mo prˇedprˇipraveny´ko´d – „kostru“ trˇı´d, do ktere´se doplnı´jen funkcionalita jednotlivyćh metod, protozˇe uzˇsamotny´diagram obsahuje informace o atributech a metodaćh objektu˚. Je na zva´zˇenı´, zda bude studentu˚m uzˇitecˇne´sezna´mit se i s diagramem prˇı´padu˚ pouzˇitı´(B.9), tedy tzv. use-case diagramem. V tomto diagramu se zna´zornˇujı´jednot- livıákte´rˇi, kterˇı´syste´m ovla´dajı´, a aktivity, ktere´s nı´m vykona´vajı´. Je to tedy jaky´si prˇehled typickyćh cˇinnostı´, ktere´ bude muset program by´t schopen poskytnout. Tento diagram mu˚zˇe studentu˚m pomoci identifikovat jake´ objekty prˇi pouzˇı´vańı´ vystupujıá jake´metody budou muset nabı´zet. Za´kladnı´prvky diagramu˚(A.1) a (A.2) nynı´vysveˇtlı´me na prˇı´kladu z obra´zku˚ 2.4a 2.5. Diagram objektu˚na obra´zku 2.4 popisuje konkre´tnı´jednu situaci prˇi beˇhu programu, ktery´m bude v tomto prˇı´padeˇneˇjaka´motoristicka´hra. Pokud bychom praco- vali s diagramy (B.9) (prˇı´klady pouzˇitı´), vyvodili bychom tuto situaci pra´veˇz jednoho konkre´tnı´ho prˇı´padu pouzˇitı´. Diagramy objektu˚jsou specia´lnı´m prˇı´padem diagramu˚ trˇı´d, obvykle se vsˇak postupuje od diagramu objektu˚ke trˇı´da´m, cozˇdodrzˇı´me. Obra´zek 2.4 je slozˇen z ra´mecˇku˚a jejich spojnic. Ra´mecˇky oznacˇujı´konkre´tnı´ instanci objektu urcˇite´trˇı´dy (typu); zde jsou to rˇidicˇi Petr a Pavel, jeden rˇidicˇ, kteryńenıńijak pojmenovany´, trˇi auta (Punto, Fabia a Yeti), motorka Yamaha a take´kola kazˇde´ho z vozidel. Ra´mecˇky oznacˇujıćıínstance kol nesou pouze jmeńo, zˇa´dne´dalsˇıínformace nejsou vyznacˇene´. Jmeńo je podtrzˇene´, protozˇe se jednaó instanci. Jmeńa kol nejsou zvolena zcela vhodneˇ, acˇkoliv je zrˇejme´z pouzˇitı´ru˚znyćh ra´mecˇku˚pro kola ru˚znyćh aut, zˇe kazˇdeáuto ma´sva´vlastnı´kola. Studenti by meˇli by´t napomenuti, aby kazˇde´kolo pojmenovali jinak a s vysˇsˇı´vypovı´dajıćı´hodnotou. Naprˇı´klad Prave´prˇednı´kolo 1. auta nebo blı´zˇe syntaxi programovacı´ho jazyka PravePredniKoloAuto1. Ra´mecˇky rˇidicˇu˚majı´ve jmeńeˇ dvojtecˇku a za nı´ na´zev trˇı´dy. V prvotnı´m na´vrhu se obvykle na´zvy trˇı´d nepı´sˇı´, protozˇe jejich urcˇenı´probı´haázˇpote´, co jsou v diagramu identifikovane´vza´jemneˇpodobneínstance. Zde byla trˇı´da rˇidicˇrozpoznańa hned na

28 2. GRAFICKY´ POPIS ALGORITMU˚

Obra´zek 2.4: UML Object Diagram (diagram objektu˚) ukazujı´cı´ konkre´tnı´ situaci (use-case) v programu.

zacˇa´tku na´vrhu, proto take´mu˚zˇe na uka´zku existovat instance rˇidicˇe, kteryńenıńijak pojmenovany´(jmeńo je vynechańo, pı´sˇe se jen dvojtecˇka a na´zev trˇı´dy). Dvojtecˇka se v rozporu s typograficky´mi pravidly oddeˇluje mezerou z obou stran. Du˚sledny´ vyucˇujıćı´by prˇi kontrole jesˇteˇnamı´tl, zˇe bude lepsˇı´pojmenovat instance rˇidicˇu˚jako Rˇidicˇ1 a Rˇidicˇ2 a jejich jmeńa ulozˇit v podobeˇatributu (vlastnosti) instance. Rˇ idicˇi majı´popsany´jeden atribut (vlastnost), ktery´m je veˇk. V diagramu objektu˚ jsou zakresleneínstance v konkre´tnı´m okamzˇiku, proto lze napsat konkre´tnı´ hodnotu atributu. Atributy se zapisujı´pod sebou pod cˇa´ru oddeˇlujıćıńa´zev instance, hodnota je od na´zvu oddeˇlena rovnı´tkem s mezerami. Zby´vajıínstance vozidel, ktere´kromeˇatributu˚obsahujıí metody (cˇinnosti, ktere´ objekt doka´zˇe vykona´vat; terminologiı´struktura´lnı´ho paradigmatu funkce) zapsane´ pod cˇa´rou oddeˇlujıćıátributy. Jejich za´pis se v objektove´m diagramu cˇasto vynecha´va´(jak je videˇt u ostatnıćh instancı´) a bude vysveˇtlen v na´sledujıćıćh odstavcıćh o diagramu trˇı´d. Jizˇnynı´lze identifikovat, zˇe auta oproti motorce majıó jeden atribut a metodu vıć, proto bude vhodne´vytvorˇit dveˇru˚zne´trˇı´dy vozidel: auta a motorky. Protozˇe ale majıúrcˇite´spolecˇne´prvky, bude vhodne´vytvorˇit trˇı´du vozidel a trˇı´dy motorek a aut z nıódvodit, tzv. deˇdit. Instance, ktere´spolu neˇjak souvisejı´, jsou spojenećˇa´rou u nı´zˇse volitelneˇpı´sˇe podtrzˇeny´popis vztahu (rˇidicˇvlastnıáuto, auto obsahuje kola). Jelikozˇje objektovy´ diagram specia´lnı´ variantou diagramu trˇı´d, lze pouzˇı´t spojnice specifikujıćı´ kon-

29 2. GRAFICKY´ POPIS ALGORITMU˚ kre´tnı´typ vztahu, jako je trˇeba vztah agregace mezi vozidlem a koly, ktery´se znacˇı´ vyplneˇny´m kosocˇtvercem na straneˇ„vlastnı´ka“ a je videˇt u motorky a jejı´ch kol.

Obra´zek 2.5: UML Class Diagram (diagram trˇı´d) ukazujı´cı´za´kladnı´vlastnosti.

Diagram trˇı´dna obra´zku 2.5 je vyvozen z prˇedchozı´ho diagramu objektu˚. Dveˇ hlavnıćˇa´sti tvorˇı´ balıćˇky trˇı´d: osoby a doprava, ktere´se kreslı´ra´mecˇkem se zkra´- ceny´m rˇa´dkem s na´zvem v za´hlavı´. V diagramu objektu˚jsme identifikovali sice jen cˇtyrˇi typy objektu˚, ale jelikozˇjsme se rozhodli pouzˇı´t deˇdicˇnost u vozidel, ma´me celkem peˇt ru˚znyćh trˇı´d: Rˇidicˇ, Kolo, Vozidlo a zneˇj odvozene´ trˇı´dy Auto a Motorka. Trˇı´dy majıópeˇt podobu ra´mecˇku, tentokra´t s trˇemi polıćˇky, acˇkoliv prˇi vynechańıćˇa´sti s atributy nebo metodami lze prˇı´slusˇne´polıćˇko zcela vynechat (jako je tomu u trˇı´dy Motorka). V prvnı´m polıćˇku je na´zev trˇı´dy psany´tentokra´t bez podtrzˇenı´(nejedna´se o instanci). Pouze trˇı´da Vozidlo mańa´zev kurzı´vou, protozˇe se jednaó abstraktnı´trˇı´du (nelze vytvorˇit prˇı´mo jejıínstanci, lze tvorˇit instance jen neabstraktnıćh potomku˚). Plus v na´zvu trˇı´dy urcˇuje jejı´ viditelnost. Pro tu se pouzˇı´vajı´ na´sledujıćı´symboly:

30 2. GRAFICKY´ POPIS ALGORITMU˚

znak oznacˇenı´ vysveˇtlenı´ + public trˇı´da/atribut/metoda viditelna´vsˇem, prˇı´stupna´prˇı´mo komukoliv (vytva´rˇet instance trˇı´dy Rˇidicˇ a volat jejich metodu getVeˇk() mu˚zˇe ktery´koliv jinyóbjekt) # protected trˇı´da/atribut/metoda viditelna´ a prˇı´stupna´ prˇı´mo pouze svy´m metoda´m a potomku˚m te´to trˇı´dy v libovolneú´rovni deˇdeˇnı´(atribut pocˇetDverˇı´ auta mu˚zˇe by´t cˇten a zapiso- vań pouze trˇı´dou Auto nebo trˇı´dami, ktere´by od nı´deˇdily) ~ package trˇı´da/atribut/metoda viditelnaá prˇı´stupna´pouze v ra´mci konkre´tnı´ho balıćˇku (od trˇı´dy Kolo mohou vytva´rˇet instance jen trˇı´dy v balıćˇku doprava) - private trˇı´da/atribut/metoda je prˇı´stupna´ pouze svy´m vlastnı´m metoda´m (barvu vozidla mu˚zˇe cˇı´st a zapisovat jen ko´d v trˇı´deˇ Vozidlo; veˇk rˇidicˇe lze sice zı´skat prˇı´slusˇnou public metodou, ale atribut samotnyćˇı´st nelze a nelze ho ani zmeˇnit)

V diagramu je dalsˇı´ra´mecˇek, pojmenovany´ Dvoustope´. Prˇi analy´ze objektove´ho diagramu meˇla auta spolecˇnyátribut rozvorKol, ktery´lze ale zobecnit nejen pro auta, ale vsˇechna dvoustopa´vozidla. V rozporu s pravidly extre´mnı´ho programovańı´ (viz 1.6), podle ktere´ho nema´by´t vytva´rˇen ko´d, kteryńebude ihned vyuzˇı´vań (je jen pro potencia´lnı´budoucı´rozvoj), je zakresleno rozhranı´, ktere´deklaruje spolecˇne´ metody vsˇech dvoustopyćh vozidel. Zˇ e se jednaó rozhranı´je urcˇeno rˇa´dkem «interface», ktery´se v terminologii UML oznacˇuje jako stereotyp. Atributy trˇı´d jsou tentokra´t psane´bez konkre´tnıćh hodnot, jelikozˇse nejedna´ o instance. Pokud by se neˇjake´hodnoty zapisovaly, byly by to hodnoty inicializacˇnı´. Oproti objektove´mu diagramu se ale u atributu˚vyskytuje znameńko viditelnosti, ktere´je vy´znamoveˇshodne´s viditelnostı´trˇı´d. Za na´zvem atributu se uva´dı´dvojtecˇka (z obou stran oddeˇlena´mezerou) a datovy´typ atributu. Metody se zapisujı´podobneˇ: nejprve viditelnost, pak na´zev metody s bezpro- strˇedneˇ uvedeny´mi kulaty´mi za´vorkami, v nichzˇ mohou by´t zapsane´ prˇeda´vane´ parametry. Parametry se oddeˇlujıćˇa´rkou a pı´sˇe se nejprve na´zev a za dvojtecˇkou datovy´typ jako u atributu˚. Za za´vorkou jesˇteˇna´sleduje dvojtecˇka obklopena´mezerami a za nı´datovy´typ na´vratove´hodnoty metody. Je-li atribut nebo metoda podtrzˇena´, pak je staticka´ (volneˇ rˇecˇeno nenı´ nutne´ vytva´rˇet instanci, na´lezˇı´prˇı´mo trˇı´deˇ). Prˇı´kladem je pocˇetVozidel, ktery´m se po- cˇı´tajı´ vsˇechny instance vozidel. Je-li atribut nebo metoda psana´ kurzı´vou, pak je abstraktnı´, takzˇe ji musıńeabstraktnı´potomek trˇı´dy implementovat. Prˇı´kladem je getPocˇetKol – tuto metodu musıímplementovat jak Auto, tak Motorka. Ra´mecˇek se skoseny´m rohem a textem, prˇipojeny´ cˇa´rkovanou cˇarou k trˇı´deˇ Motorka, je pozna´mka. V diagramu nema´funkcˇnı´vy´znam. Naopak spojnice jed-

31 2. GRAFICKY´ POPIS ALGORITMU˚ notlivy´ch trˇı´d urcˇujı´jejich vazby a vztahy. Lze rozlisˇovat sˇest typu˚spojnic s ru˚zny´m vy´znamem.

vzhled oznacˇenı´ vysveˇtlenı´ za´vislost objekt, z ktere´ho mı´rˇı´ sˇipka, mu˚zˇe vyuzˇı´- vat ve sve´m ko´du objekt do ktere´ho sˇipka mı´rˇıńaprˇı´klad jako argument neˇjake´metody (naprˇ. objekt kreslıćı´plochy mu˚zˇe zobrazit objekt s obra´zkem) asociace objekty jsou v uzˇsˇı´vazbeˇ, prˇı´mo v ko´du: jeden obsahuje referenci na druhyńaprˇı´klad jako datovy´typ atributu (naprˇ. objekt Auto obsahuje jako svu˚j atribut barvu zadanou re- ferencıńa objekt Barva agregace objekt na straneˇkosocˇtverce vlastnıínstance objektu˚na druhe´straneˇ, ale mu˚zˇe je sdı´let (naprˇ. objekt Cˇloveˇk udrzˇujıćı´seznam ob- lı´benyćh restauracı´: jedna instance objektu Restaurace je drzˇena vıće lidmi, kterˇı´do nı´ra´di chodı´) kompozice silneˇjsˇı´ varianta agregace, objekt na straneˇ vyplneˇne´ho kosocˇtverce obsahuje objekt na druhe´straneˇ(naprˇ. objekt Auto obsahuje 4 instance objektu Kolo) deˇdicˇnost objekt na straneˇ sˇipky je obecneˇjsˇı´m prˇı´- (generalizace, padem druhe´ho objektu, neboli objekt bez specializace) sˇipky je specia´lnı´m prˇı´padem objektu s sˇip- kou (naprˇ. objekt Auto je specializacı´, tj. deˇ- dicˇny´m potomkem, objektu Vozidlo implementace specia´lnı´prˇı´pad pouzˇı´vany´pro vztah mezi rozhranı´m a objektem, ktery´ ho implementuje; podobny´ vy´znam jako u deˇdicˇ- nosti (objekt Auto implementuje rozhranı´ Dvouna´pravove´ – u neˇj je sˇipka)

Prˇi pohledu na obra´zek 2.5 si lze vsˇimnout u spojnic take´ cˇı´sel a v prˇı´padeˇspoje vozidel a rˇidicˇu˚i textove´ho popisu.Cˇı´sla na krajıćh u trˇı´d oznacˇujı´pocˇty, v jakyćh je vza´jemny´vztah uplatnˇovań. Mezi rˇidicˇi a vozidly tedy platı´, zˇe kazˇde´vozidlo ma´pra´veˇjednoho rˇidicˇe, zatı´mco rˇidicˇmu˚zˇe mı´t zcela libovolny´pocˇet vozidel (cˇı´sla oddeˇlena´ dveˇma tecˇkami uda´vajı´ rozsah, hveˇzdicˇka je libovolna´ hodnota). Mezi

32 2. GRAFICKY´ POPIS ALGORITMU˚ autem a koly platı´ vztah: „Jedno auto ma´ pra´veˇ 4 kola, ktera´ patrˇı´ jen jednomu autu.“ Popisek u spoje vysveˇtluje vy´znam vazby a sˇipka uda´va´smeˇr kona´nı´(Rˇidicˇ rˇı´dı´ I Auto).

Kapitola 3 Jazyky

3.1 Metodika volby jazyka

V te´to kapitole prˇicha´zı´ na rˇadu asi nejcˇasteˇjsˇı´ dilema ucˇitelu˚ programovańı´: rozhodnutı´, ktery´jazyk zvolit. Kazˇdyúcˇitel ma´svu˚j oblı´beny´, prˇı´padneˇvolı´podle dostupne´ studijnı´ literatury, vy´vojovyćh prostrˇedı´ nebo popta´vky na pracovnı´m trhu. Paradoxneˇna volbeˇjazyka tolik neza´lezˇı´. Dobry´programa´tor vı´, zˇe neexistuje univerza´lnı´jazyk a je nutne´volit vzˇdy podle potrˇeb konkre´tnı´ho projektu. Proto i pro studenta bude vy´hodne´sezna´mit se pokud mozˇno s vıće jazyky a neva´zat se na jeden jediny´, jelikozˇmu kazˇdy´z nich umozˇnˇuje jinyú´hel pohledu na mozˇne´rˇesˇenı´ (viz [19, str. 145]). V prostrˇedı´strˇednı´sˇkoly to vsˇak nelze vzˇdy realizovat (klade to velkeńa´roky na odborne´dovednosti vyucˇujıćı´ho a hodinovou dotaci prˇedmeˇtu). V opozici k prˇedchozı´mu odstavci zminˇujıáutorˇi [6] hned v u´vodu na´zor Niklause Wirtha a studii manzˇelu˚Heide a Helmuta Balzertovyćh, zˇe volba prvnı´ho jazyka je vy´znamna´, jelikozˇsi jeho osvojovańı´m student utva´rˇı´menta´lnı´model, ktery´dlou- hodobeˇovlivnˇuje cha´pańıí dalsˇıćh pozdeˇji studovanyćh jazyku˚. Tento na´zor je vsˇak zdu˚raznˇovań v kontextu volby mezi imperativnı´m, nı´zkou´rovnˇovy´m jazykem a vysˇ- sˇı´m, objektovy´m jazykem, kde du˚sledky volby opravdu kontrastujı´. Bylo by vhodne´vytvorˇit metodiku, ktera´by umozˇnila vy´beˇr jazyka podle objek- tivnıćh krite´riı´. Tento u´kol se snazˇı´splnit cˇlańek [13], ktery´prˇina´sˇı´17 hodnotıćıćh krite´riıá aplikuje je na 11 programovacıćh jazyku˚, prˇicˇemzˇale kriteria nevyhodno- cuje kvalitativneˇ, hodnotıćı´stavy jsou splneˇno cˇi nesplneˇno. Vy´sledne´bodove´sko´re vznikle´pocˇtem prˇideˇlenyćh „splneˇno“ urcˇuje porˇadı´vhodnosti jazyka. Acˇkoliv jsou kriteria volena s ohledem na na´zory a rˇesˇenı´zna´myćh autoru˚programovacıćh jazyku˚jako je Niklaus Wirth (autor Pascalu), Guido van Rossum (autor Pythonu), Seymour Papert (LOGO) a Bertrand Meyer (Eiffel), obsahujı´mı´sty spı´sˇe subjektivnı´ pocity teˇchto osob, nezˇobjektivnı´pozˇadavky. Prˇı´kladem necht’je hned prvnı´kriterium „Jazyk je vhodny´pro vyúku.“, ktere´pozˇaduje, aby jazyk vznikal s ohledem na vzdeˇla´vańı´(v pu˚vodnı´m zneˇnı´ . . . the language should have been designed with teaching in mind.), meˇl jednoduchou syntaxi a prˇirozenou se´mantiku, prˇedcha´zel nesrozu- mitelny´m konstrukcı´m. To se vsˇak zda´by´t protikladem k sˇiroky´m vyjadrˇovacı´m schopnostem jazyka, ktereúmozˇnˇujı´demonstrovat vıće konceptu˚rˇesˇenıá neskry´vat prˇed studentem konstrukce, ktere´bude muset v praxi vytva´rˇet. Domnı´va´m se, zˇe je nutne´zva´zˇit mı´ru jednoduchosti syntaxe a vyjadrˇovacıćh schopnostı´jazyka. Idea´lem bude prˇehledny´za´pis, ktery´lze rozsˇirˇovat postupny´m

35 3. JAZYKY doplnˇovańı´m a vysveˇtlovańı´m „zatajenyćh skutecˇnostı´“ a radeˇji postupneˇnacha´zet syste´m ve z pocˇa´tku chaoticke´m rea´lne´m sveˇteˇ, nezˇinkrementa´lneˇtvorˇit sice cˇisty´, ale teoreticky´model. Jisteˇtento mu˚j subjektivnıńa´zor vycha´zı´z dlouholete´praxe s jazykem C a odporem k jazyku Pascal. Nicmeńeˇi v beˇzˇne´m zˇivoteˇjsou skutecˇ- nosti, ktere´dı´teˇprˇijı´ma´bez vysveˇtlenı´jako fakt, dokud nedozraje do veˇku, kdy bude schopno tuto skutecˇnost pochopit. Podobneˇse lze prˇi vysveˇtlovańı´funkce scanf() v jazyce C omezit na konstatovańı´, zˇe prˇed na´zvem promeˇnne´budeme psa´t amper- sand, anizˇbychom veˇdeˇli procˇ, nezˇprˇijdou na rˇadu ukazatele a vysveˇtlenı´rozdı´lu mezi prˇedańı´m parametru˚hodnotou a odkazem. To vyúce nesˇkodı´, je-li promysˇlena´ osnova prˇedmeˇtu a mı´ra nevysveˇtlenyćh konstrukcıńeroste, ale klesa´. Nastavit zcela objektivnı´stupnici hodnotıćı´mı´ru splneˇnı´takove´hoto kriteria nelze, proto v dalsˇı´m textu nebudu zatajovat, zˇe hodnocenı´je subjektivnı´. Podobneˇby bylo vhodne´prˇirˇadit kazˇde´mu krite´riu koeficient urcˇujıćı´vy´znam vu˚cˇi ostatnı´m kriteriı´m. Jen teˇzˇko lze uznat, zˇe by krite´ria „Jazyk nabı´zı´vhodneÍDE.“ a „Jazyk je open source, kazˇdy´se mu˚zˇe podı´let na jeho rozvoji.“ meˇla pro vyúku stejnou va´hu. I nynıódmı´ta´m mozˇnost vytvorˇit objektivnı´srovnańıá mı´sto vlastnı´ subjektivnı´volby koeficientu˚budu slovneˇkomentovat v krite´riıćh zmıńeˇne´pozˇa- davky na za´kladeˇvlastnı´zkusˇenosti a informacı´z literatury. Necht’tyto argumenty pomohou k vlastnı´mu hodnocenı´jednotlivyćh jazyku˚cˇtena´rˇem. Alternativnı´metodu srovnańı´jazyku˚nabı´zı´studie [15]. Mı´sto srovnańı´dı´lcˇıćh vlastnostı´jazyku˚volı´srovnańı´vy´sledku˚programa´toru˚. Pro kazˇdy´jazyk je zvolena skupina studentu˚, tyto skupiny jsou voleny pecˇliveˇtak, aby byly vza´jemneˇrovno- cenne´(studenti s rovnocennou znalostı´teorie, drˇı´veˇjsˇı´mi zkusˇenostmi apod.). Vsˇem skupina´m je zadańa stejnaóbecnaú´loha (autorˇi zminˇujıńa´rocˇnost vy´beˇru u´lohy, ktera´by nesva´deˇla k pouzˇitı´konkre´tnı´ho jazyka nebo neˇktery´jazyk svou formulacı´ neuprˇednostnˇovala). Za´znam tvorby programu je vyhodnocovań a zapocˇı´ta´vajı´se chyby, ktere´studenti udeˇlali jak v se´manticke´tak syntakticke´rovineˇ. Jako nejvhod- neˇjsˇı´je urcˇen jazyk, s jehozˇpouzˇitı´m prˇi rˇesˇenıú´loh studenti nejmeńeˇchybovali. Studie bohuzˇel nezminˇuje zˇa´dne´konkre´tnı´vy´sledky.

3.1.1 Kriteria hodnocenı´jazyku˚ V na´sledujı´cı´m prˇebı´ra´m neˇktera´krite´ria z [13]. U nich uva´dı´m i anglicke´zneˇnı´ a doplnˇuji svu˚j komenta´rˇ. Ta, se ktery´mi nesouhlası´m nebo je povazˇuji za nepod- statna´ 1 vynecha´va´m, jelikozˇjejich kritiku nepovazˇuji pro tento text za smeˇrodatnou. Sva´pu˚vodnı´krite´ria nebo kriteria vy´znamny´m zpu˚sobem prˇeformulovana´uva´dı´m pouze v cˇesˇtineˇ. The language offers a general framework. (Jazyk nabı´zı´ beˇzˇny´ pracovnı´ ra´mec.) Zvoleny´ jazyk by meˇl umozˇnˇovat vysveˇtlit a pouzˇı´vat beˇzˇne´ programove´

1. Krite´rium 2.2.2 [13, str. 34] „Jazyk podporuje psanı´korektnıćh programu˚.“ s vysveˇtlenı´m, zˇe studentovi ma´jazyk poskytovat cesty, jak zajistit, zˇe pı´sˇe korektnı´ko´d bez chyb, pu˚sobı´jako akademicky´ humor. Povazˇuji to za sˇpatnou interpretaci zdroju˚. Jazyk by jisteˇmeˇl umozˇnˇovat efektivnı´zacha´zenı´ s chybami, jako jsou trˇeba vy´jimky. Nicmeńeˇz principu nelze zamezit vzniku se´mantickyćh chyb.

36 3. JAZYKY

konstrukce, ktere´jsou v ucˇebnı´m plańu. Tato podmıńka je za´vislańa zvolene´m paradigmatu a ucˇebnı´m plańu.

The language has a supportive user community. (Jazyk maúzˇivatelskou komunitu nabı´zejıćı´podporu.) Je k dispozici prˇı´stupnaínternetova´komunita ochotna´ poradit prˇi studiu. Student tak nenıódka´zań pouze na pomoc ucˇitele nebo spoluzˇa´ku˚, ale mu˚zˇe polozˇit dotaz nebo spolupracovat se sˇirsˇı´skupinou lidı´.

The language is consistently supported accros environments. (Jazyk je konzistent- neˇpodporovań naprˇıćˇprostrˇedı´mi.) Je zˇa´doucı´, aby bylo mozˇne´zvoleny´jazyk vyuzˇı´vat neza´visle na operacˇnı´m syste´mu nebo platformeˇ. Prˇiby´va´studentu˚, kterˇıńemajı´doma operacˇnı´syste´m od firmy Microsoft, pouzˇı´vajı´GNU/Li- nux nebo si koupili notebook od firmy Apple. To by nemeˇlo by´t prˇi vyúce omezujıćı´. Naopak je vhodne´zdu˚raznˇovat prˇenositelnost aplikacı´. Za´rovenˇ by podpora ru˚znyćh syste´mu˚meˇla mı´t konzistentnı´podobu: kompila´tor by se meˇl na vsˇech syste´mech chovat jednotneˇ, tenty´zˇ(platformneˇneza´visly´) ko´d by meˇl mı´t stejny´vy´stup na vsˇech platformaćh.

The language is freely and easily available. (Jazyk je volneˇa snadno dostupny´.) Ja- zyky omezene´patenty nebo platbou za pouzˇı´vańı´jsou pro vyúku nevyhovu- jıćı´.

The language is supported with good teaching material. (Jsou k dispozici dobre´ vyúkove´ materia´ly.) Nejedna´ se o materia´ly vytvorˇene´ ucˇitelem, ale volneˇ dostupnou elektronickou nebo tisˇteˇnou podporu vyúky. Mnozˇstvı´knih i e- learningovyćh materia´lu˚, ktere´jsou snadno dostupneá za pokud mozˇno nı´zke´ na´klady.

The language is not only used in education. (Jazyk se nepouzˇı´va´jen k vyúce.) Pro veˇtsˇinu studentu˚je du˚lezˇite´videˇt praktickou aplikaci nabytyćh znalostı´. Acˇ- koliv nesouhlası´m s utvrzovańı´m studentu˚strˇednıćh sˇkol v na´zoru, zˇe kazˇde´ probı´rane´te´ma musı´mı´t konkre´tnı´praktickeúplatneˇnı´v zˇivoteˇ, je vhodne´ uprˇednostnit jazyk, kteryúmozˇnı´pracovat na rea´lnyćh nebo alesponˇrealis- ticky vypadajıćıćh projektech.

The language is extensible. (Jazyk je rozsˇirˇitelny´.) Jazyk by meˇl nabı´zet sˇiroky´vy´- beˇr knihoven pro dalsˇı´(naprˇ. multimedia´lnı´) funkce a za´rovenˇumozˇnit studentu˚m takove´knihovny vytva´rˇet – obzvla´sˇteˇprˇi OOP to poma´ha´vysveˇtlit znovupouzˇitelnost ko´du a naucˇit studenty najı´t vhodnou knihovnu a nastu- dovat si jejı´rozhranı´.

The language is reliable and efficient. (Jazyk je spolehlivy´ a efektivnı´.) Pozˇadav- kem je jednak rychlost beˇhu vy´sledneáplikace, ale takeéfektivnı´beˇh kompila´toru a debuggeru. Prˇeklad nebo interpretace ko´du cˇi vytvorˇenı´projektu by nemeˇlo zbytecˇneˇzdrzˇovat od soustrˇedeˇnı´se na rˇesˇenı´proble´mu.

37 3. JAZYKY

Volneˇdostupny´rea´lny´ko´d k uka´zce. Spı´sˇe z hlediska motivace je vy´hodne´, pokud je ve zvolene´m jazyce naprogramovana´v praxi pouzˇı´vanaáplikace s volneˇ dostupny´m zdrojovy´m ko´dem. Pokrocˇilejsˇı´student si mu˚zˇe zkusit prove´st v ko´du drobne´zmeˇny a celou aplikaci prˇekompilovat. Podobnost syntaxe s jiny´mi jazyky. Velke´mnozˇstvı´jazyku˚ma´dnes tzv. C-like syntaxi, neboli syntaxi odvozenou od jazyka C. Tato forma jake´si standardizace je vy´hodna´pro fixaci syntaktickyćh pravidel, aby prˇi prˇechodu na jiny´jazyk nebyl student prˇı´lisˇzdrzˇovań opravovańı´m syntaktickyćh chyb nebo chyb vzniklyćh jiny´mi syntakticky´mi na´vyky. Prˇı´kladem mu˚zˇe by´t zameˇneˇnı´jednoho a dvou rovnı´tek (prˇirˇazenıá porovnańı´) v podmıńkaćh C-like jazyku˚, ktere´se nejcˇasteˇji objevuje u programa´toru˚zvyklyćh na Pascal. Zacha´zenı´s chybami. U objektovyćh jazyku˚je nezbytnostı´kvalitnı´podpora vy´jimek a prˇi chybeˇmozˇnost vypsat call stack2. Kvalita a integrace dokumentace ko´du. Toto kriterium v sobeˇzahrnuje jednak do- stupnost a kvalitu dokumentace samotne´ho jazyka a jeho knihoven, ale i integraci dokumentace prˇı´mo v ko´du. Podpora grafickyćh a multimedia´lnıćhknihoven/funkcı´. Jazyk by meˇl podporo- vat pokud mozˇno co nejjednodusˇsˇı´tvorbu grafickyćh aplikacıá prˇı´padneˇi dalsˇıćh multime´diı´pro lepsˇı´motivaci studentu˚. Nabı´dkaa u´rovenˇIDE. Pro vyúku je potrˇeba hledat jazyk, pro kteryéxistujı´volneˇ sˇirˇitelnaÍDE od jednoduchyćh (nejle´pe prˇı´mo vyúkovyćh), ve kteryćh se bude student soustrˇedit na ko´d a ne na prˇı´lisˇkomplikovane´menu prostrˇedı´, azˇpo komplikovaneˇjsˇı´, ktera´vıće odpovı´dajı´rea´lny´m podmıńka´m vy´voje software. Stav vy´voje. Je vhodne´hledat jazyk, kteryńenı´zcela zakonzervovanyá prˇizpu˚sobuje se aktua´lnı´m potrˇeba´m. Zacha´zenı´s datovy´mi typy. Jak bylo zmıńeˇno v teoretickećˇa´sti na str.7, dynamicky typovane´jazyky mohou zteˇzˇovat prvotnı´sezna´menı´s datovy´mi typy. Po- dobneˇslabe´typovańı´ztı´zˇı´zacˇa´tecˇnı´kovi hledańı´prˇı´padnyćh chyb. Zpu˚sob prˇekladu a spusˇteˇnı´ko´du. Zdrojovy´ko´d mu˚zˇe by´t prˇekla´dań nebo pouze interpretovań, prˇı´padneˇ neˇktere´ jazyky mohou kombinovat oba prˇı´stupy. Obecneˇjazyky kompilovane´mı´vajı´rychlejsˇı´beˇh, ale zpomalujı´vy´voj nutnostı´ kompilace a proto je take´programovańı´meńeˇinteraktivnı´. Dı´ky tomu lze ale eliminovat programovańı´metodou „pokus – omyl“. Na interpretovanyćh ja- zycıćh takeńelze demonstrovat vznik spustitelne´ho ko´d a fa´ze prˇekladu. Pouzˇite´paradigma. Vy´znamny´m kriteriem je paradigma nebo mnozˇina paradigmat, ktera´jazyk nabı´zıá tı´m mozˇnost demonstrovat s nı´m jednotlive´prˇı´stupy. 2. Call stack: volneˇprˇelozˇeno za´sobnı´k volanyćh funkcı´, vy´pisem lze zı´skat prˇehled o mı´steˇ, kde byla chyba detekovana´, od volańı´z hlavnı´funkce programu azˇna u´rovenˇchyby v konkre´tnı´funkci.

38 3. JAZYKY

3.2 Prˇehled vybrany´ch jazyku˚

3.2.1 Pascal

Autor, rok vzniku: Niclaus Wirth, 1971 Paradigma: imperativnı´ (obsahuje goto), strukturovane´ (objektove´prˇina´sˇıázˇObject Pascal nebo Delphi) Prˇekla´dany´/interpretovany´: prˇekla´dany´ Syntakticka´rodina: vlastnı´specificka´syntaxe Platforma: DOS (Windows); projekt Free Pascal Compiler (http://www.freepascal.org) je funkcˇnı´ na prakticky vsˇech myslitelnyćh platformaćh (vcˇetneˇ naprˇ. ARM procesoru˚) a syste´mech (vcˇetneˇGNU- /Linuxu a MacOS). Je deklarovana´ kompatibi- lita s Turbo Pascal 7.0 a cˇa´stecˇneˇ s Delphi; projekt GNU Pascal Compiler (http://www.gnu- pascal.de) je take´multiplatformnıá implementuje mj. standard Turbo Pascal 7.0 Licence: komercˇnı´verze (Borland) Turbo Pascal; Free Pas- cal Compiler a GNU Pascal Compiler jsou open- source (GNU/GPL), knihovny FPC jsou GNU/L- GPL Efektivita: zameˇrˇenyńa mensˇı´(strukturovane´) vyúkove´projekty, nevhodny´pro rozsa´hlejsˇı´projekty nebo pro- totypovańı´, zdrzˇujıćı´syntakticke´konstrukce (uvo- zovańı´bloku˚klıćˇovy´mi slovy begin a end, hla- vicˇka programu apod.) Datove´typy: cela´ cˇı´sla – Integer, „rea´lna´“ cˇı´sla – Real, logicke´ hodnoty – Boolean, rˇeteˇzce – String (nenı´ pu˚vodnı´, pouze neˇktere´kompila´tory, Turbo Pas- cal 7.0), ru˚zne´ dodatkove´ typy s jiny´mi rozsahy odvozene´ od prˇedchozıćh (v ru˚znyćh prˇeklada- cˇıćh: Byte, Shortint, Smallint, Word, Cardinal, Sin- gle, Double apod.), vyćˇet (enumerace), rozsahy (subrange), pole (i vıćerozmeˇrna´), za´znam (record, heterogennı´strukturovany´typ), ukazatele Programove´konstrukce: podmıńky (if, if-else, case), cykly (for-do, while-do, repeat-until, for-in), procedury a funkce (odlisˇene´, parametry mohou prˇeda´vat hodnotou i odkazem) Vyúkove´materia´ly: velmi velke´ mnozˇstvı´ dnes vsˇak zastarale´ literatury, mnoho knih o jinyćh jazycıćh na Pascal vsˇak cˇasto odkazuje, neprˇı´lisˇ mnoho elektronic- kyćh zdroju˚

39 3. JAZYKY

IDE: Nejzna´meˇjsˇı´je zastaraleá komercˇnıÍDE pro DOS: Borland Turbo Pascal; dnes je dostupneí multiplat- formnı´ IDE Lazarus (http://www.lazarus. freepascal.org) pod GNU/LGPL, prˇı´padneˇ kompatibilnıÍDE pro Delphi. Rozsˇirˇitelnost: Pouzˇitı´ knihoven (unit) prˇipojovanyćh klıćˇovy´m slovem use (opeˇt jen Turbo Pascal 7.0 a vysˇsˇı´kompila´tory). GUI: knihovna pro pouzˇitı´ grafiky v konzoli, noveˇjsˇı´ kompila´tory (FPC) i knihovny pro GUI Pouzˇitı´v praxi: nepouzˇitelny´(urcˇen k vyúce); v praxi se obcˇas po- uzˇı´vaódvozeny´jazyk Delphi Open-source projekty: na internetu dostupne´vyrˇesˇeneú´lohy vyúkove´ho charakteru, ale ne rea´lne´projekty Zpracovańıćhyb: zˇa´dne´(rucˇnı´zpracovańıńa´vratovy´mi hodnotami funkcı´, cozˇnarusˇuje logicky´koncept procedur – majı´-li take´vracet chybove´hodnoty) Dokumentace: pouze formou nepovinnyćh komenta´rˇu˚ Stav vy´voje: prakticky ukoncˇeny´, projekt Free Pascal Compiler funguje a prˇida´va´podporu rozsˇı´rˇenı´z jazyka Del- phi Komunita: prakticky jen kolem projektu Free Pascal Compiler

Jazyk Pascal je v dnesˇnı´dobeˇzcela neperspektivnıá povazˇovany´za prˇezˇitek. V neˇ- kteryćh sˇkolaćh se sta´le ucˇı´pravdeˇpodobneˇpouze ze setrvacˇnosti a nedostatku vy- ucˇujıćıćh, kterˇı´by ovla´dali jiny´jazyk. Pro studenty je neatraktivnı´prˇedevsˇı´m svou nevyuzˇitelnostı´v praxi (pokud nediskutujeme jeho rozsˇı´rˇenı´: Delphi) a nedostatkem aktua´lnı´studijnı´literatury a vy´vojovyćh prostrˇedı´. PouzˇitıÍDE Lazarus a kompila´- toru Free Pascal Compiler je mozˇne´, ale klade na ucˇitele velkeńa´roky stran prˇı´pravy vyúkovyćh materia´lu˚s minima´lnı´mi vy´sledky pro budoucı´praxi studentu˚. Jazyk takeóbsahuje neˇktere´jizˇv jeho pocˇa´tcıćh kritizovane´prvky (viz naprˇ. [9] a jine´). Pu˚vodnı´za´meˇr neobsahovat teˇzˇko pochopitelne´konstrukce kazıímplemen- tace ukazatelu˚, ani Turbo Pascal neumı´dynamicka´pole (prˇina´sˇı´je azˇDelphi nebo modernı´kompila´tory jako FPC obsahujıćı´prvky syntaxe jazyka Delphi), kritizovana´ byla i „nekoncepcˇnı´“ implementace cˇı´selne´ho rozsahu (subrange). Z didakticke´ho hlediska lze jisteˇkritizovat i chovańıćyklu˚(while-do pokracˇuje prˇi splneˇnı´pod- mıńky, zatı´mco repeat-until prˇi nesplneˇnı´, cozˇje matoucı´) nebo rozlisˇovańı´procedur a funkcı´, ktere´je pouze umeˇlou (a dnesˇnı´mi jazyky nepouzˇı´vanou) konstrukcı´.

40 3. JAZYKY

3.2.2 C

Autor, rok vzniku: Ken Thompson a Dennis Ritchie, 70. le´ta 20. stoletı´ Paradigma: imperativnı´(obsahuje goto), strukturovane´ Prˇekla´dany´/interpretovany´: prˇekla´dany´; existuje i interpret modifikovane´ho jazyka Ch (http://www.softintegration. com/) Syntakticka´rodina: C-like Platforma: nı´zkou´rovnˇovy´multiplatformnı´(kompila´tory pro ru˚zne´platformy), ale ko´d nenıóbecneˇvzˇdy prˇe- nositelny´ Licence: komercˇnı´ i open-source implementace (GNU/- GPL) Efektivita: pro rozsa´hlejsˇı´ uzˇivatelske´ aplikace nı´zka´ (dańo paradigmatem), pro mensˇıá nı´zkou´rovnˇove´projekty velmi vhodny´; mozˇnost optimalizace prˇi kompilaci, rychly´beˇh bina´rek Datove´typy: celocˇı´selne´(int – long a unsigned varianty), „re- a´lne´“ (float, double – unsigned varianty), char (i unsigned), pole, struktury (struct – heterogennı´ slozˇeny´typ), ukazatele; chybı´datovy´typ pro logicke´hodnoty (boolean) a textove´rˇeteˇzce (realizujı´ se polem znaku˚ukoncˇeny´m znakem s ascii hodnotou 0) Programove´konstrukce: podmıńky (if, if-else, switch, terna´rnı´ opera´tor podmıńky ?:), cykly (for, while, do-while), funkce (parametry mohou prˇeda´vat hodnotou i odkazem) Vyúkove´materia´ly: sta´le i aktua´lnı´literatura, nova´literatura pro C na mikroprocesorech, spousta materia´lu˚na internetu (seria´ly i v cˇesˇtineˇ) IDE: oblı´bene´ (ale jizˇ nevyvı´jene´) Dev-C++ (licence GNU/GPL), freeware Microsoft Visual Studio Ex- press, editory s ru˚znou mı´rou integrace (PSPad, Vim, Emacs) Rozsˇirˇitelnost: velke´mnozˇstvı´knihoven (i syste´movyćh) na vsˇech platformaćh, vkla´dańı´direktivou include GUI: Ru˚zne´ platformneˇ za´visle´ i neza´visle´ knihovny, naprˇ. wxWidgets (multiplatformnı´, zastrˇesˇuje jed- notny´m rozhranı´m Win API, GTK a Qt), Allegro (urcˇena prˇedevsˇı´m pro hry), curses (pokrocˇilejsˇı´ praće s termina´lem) a spousta dalsˇıćh.

41 3. JAZYKY

Pouzˇitı´v praxi: Jeden z v praxi nejpouzˇı´vaneˇjsˇıćh jazyku˚, dnes prˇedevsˇı´m pro nı´zkou´rovnˇove´programovańı´(mikroprocesory, operacˇnı´syste´my a jejich ovladacˇe apod.). Open-source projekty: Neprˇeberne´mnozˇstvı´volneˇsˇı´rˇenyćh na internetu. Zpracovańıćhyb: zˇa´dne´(rucˇnı´zpracovańıńa´vratovy´mi hodnotami funkcı´) Dokumentace: pouze formou nepovinnyćh komenta´rˇu˚ Stav vy´voje: jazyk je standardizovany´ (ANSI/ISO C, C99); ru˚zne´prˇekladacˇe pro ru˚zne´platformy (s mozˇnostı´ kompilovat na jineńezˇcı´love´platformeˇ), rozvı´jı´se formou novyćh knihoven Komunita: rˇada diskusnıćh fo´r, dı´ky velke´mu rozsˇı´rˇenı´jazyka je velke´ mnozˇstvı´ lidı´ s ru˚znou u´rovnı´ znalostı´ vcˇetneˇmozˇnosti kontaktovat prˇı´mo vy´voja´rˇe ru˚z- nyćh open-source projektu˚

Jazyk C je jednı´m ze sta´le oblı´benyćh jazyku˚k vyúce programovańı´. Jeho prˇednostı´ je sˇiroke´vyuzˇitı´v praxi, rozsa´hla´podpora a poveˇdomı´, vy´beˇr vy´vojovyćh prostrˇedıí knihoven, syntaxe, na ktere´stavı´mnohe´jine´pouzˇı´vane´jazyky. Lze vsˇak konstatovat, zˇe pro zacˇa´tecˇnı´ky prˇı´lisˇvhodnyńenı´. Jedna´se o jazyk nı´zkou´rovnˇovyá naprˇı´klad praće s rˇeteˇzci je v neˇm krajneˇnepohodlna´. Obsahuje slozˇite´koncepty, ktereódva´deˇjı´ pozornost studenta od algoritmu k proble´mu˚m se syntaxı´. Naprˇ. praće s ukazateli, dynamickaálokace pameˇti, sestavenı´programu z vıće bloku˚(fa´ze prˇekladu) je vhod- neˇjsˇıázˇpro pokrocˇile´studenty. Jazyk C je proto mnohem vıće vhodne´zarˇadit a prˇi urcˇite´vysˇsˇı´mı´rˇe programa´torske´zkusˇenosti a prˇedevsˇı´m pro za´jemce o nı´zkou´rov- nˇove´programovańı´(naprˇı´klad mikrocˇipy).

3.2.3 C++

Autor, rok vzniku: Bjarne Stroustrup, 1983 (prˇejmenova´nı´m C with Classes) Paradigma: multiparadigmaticky´: imperativnı´, strukturovane´ (jako podmnozˇinu obsahuje jazyk C), objektove´ Prˇekla´dany´/interpretovany´: prˇekla´dany´ Syntakticka´rodina: C-like s objektovy´m rozsˇı´rˇenı´m Platforma: multiplatformnı´ ve smyslu dostupny´ch prˇekla- dacˇu˚pro ru˚zne´platformy Licence: komercˇnı´(MS Visual C++ Compiler, Borland C++) i open source implementace (soucˇa´st GCC)

42 3. JAZYKY

Efektivita: vhodnyí na rozsa´hle´projekty; rychly´beˇh bina´rek; nizˇsˇı´ efektivita ucˇenı´ dana´ slozˇity´mi koncepty a velky´m mnozˇstvı´m syntaktickyćh pravidel Datove´typy: beˇzˇne´ z C, navıć boolean, textove´ rˇeteˇzce (string), datove´proudy, slozˇite´typy standardnı´ knihovny (naprˇ. za´sobnı´k, fronta, vektor, mnozˇina, mapa, . . . ) Programove´konstrukce: beˇzˇne´jako v C, navıć objekty, vıćena´sobna´deˇdicˇ- nost, konstruktory i destruktory, virtua´lnı´metody, inline funkce, prˇeteˇzˇovańı´funkcıí opera´toru˚, vy´- jimky, sˇablony Vyúkove´materia´ly: velke´mnozˇstvıúcˇebnic a cˇlańku˚na internetu IDE: MS VisualStudio, Dev-C++, Code::Blocks, Netbe- ans a dalsˇı´ Rozsˇirˇitelnost: rˇada knihoven a frameworku˚ (ovsˇem cˇasto take´ proprieta´rnıńebo sˇpatneˇdokumentovane´) GUI: pomocı´ externıćh knihoven (WinAPI, GTK, Qt, wxWidgets a dalsˇı´) Pouzˇitı´v praxi: velmi oblı´beny´pro aplikacˇnı´software, hry Open-source projekty: rˇada i velkyćh open source projektu˚ Zpracovańıćhyb: podporuje vy´jimky Dokumentace: pouze externeˇnaprˇı´klad programem Doxygen Stav vy´voje: novy´ ISO standard ISO/IEC 14882:2011 vydany´ v roce 2011 Komunita: rˇada aktivnıćh profesiona´lnıćh i amate´rskyćh programa´toru˚a diskusnıćh fo´r

Jazyk C++ je spolu s Javou pravdeˇpodobneˇv praxi nejcˇasteˇji zˇa´dany´m jazykem. Oproti C ma´vy´hodu v objektove´m paradigmatu, ktere´je pro rozsa´hlejsˇı´projekty vhodneˇjsˇı´. Nicmeńeˇjde o jazyk pomeˇrneˇna´rocˇny´s rˇadou na´rocˇnyćh konceptu˚(naprˇ. sˇablony). Stejneˇjako C vyzˇaduje rucˇnı´spra´vu pameˇti, proto takeńa rozdı´l od Javy zna´pojem destruktoru. Je sˇkoda, zˇe pro jazyk C++ neexistujı´projekty podobnyćh didakticky orientovanyćh IDE jako pro Javu, proto je C++ vhodneˇjsˇı´spı´sˇe pro starsˇı´ a motivovane´studenty. Pro ty mu˚zˇe by´t naopak atraktivnı´mozˇnost ucˇit se na veˇtsˇıćh open source projektech, prˇı´padneˇsi zkusit doplnit vlastnı´funkcionalitu do takove´ aplikace. Motivacˇnı´je i beˇzˇna´vy´sˇe platu programa´tora v C++.

43 3. JAZYKY

3.2.4 C# (.NET)

Autor, rok vzniku: Microsoft, 2000 Paradigma: objektovy´ Prˇekla´dany´/interpretovany´: JIT3 kompilovany´ Syntakticka´rodina: odvozena´z C++ a Javy Platforma: syste´my firmy Microsoft s podporou .NET; syste´my s podporou projektu Mono (Linux, MacOS, BSD, Solaris, . . . ) Licence: MS .NET je proprieta´rnı´, projekt Mono open source implementace Efektivita: vhodny´pro webove´projekty, aplikacˇnı´software v MS Windows, JIT kompilace mu˚zˇe negativneˇ ovlivnit vy´kon aplikacı´ Datove´typy: beˇzˇne´datove´typy odvozene´z .NET, vcˇetneˇboo- lean, typ char jsou Unicode znaky, String, datove´proudy Programove´konstrukce: beˇzˇnećykly a podmıńky, objekty, jednoducha´deˇ- dicˇnost, rozhranı´, konstruktory, garbage collector, virtua´lnı´metody, prˇeteˇzˇovańı´funkcıá neˇkteryćh opera´toru˚, vy´jimky, generika (obdoba C++ sˇablon) Vyúkove´materia´ly: mnozˇstvıúcˇebnic a cˇlańku˚na internetu, materia´ly prˇı´mo na strańkaćh Microsoftu (MSDN) IDE: MS VisualStudio, SharpDevelop Rozsˇirˇitelnost: knihovny .NET GUI: Windows Forms Pouzˇitı´v praxi: velmi rozsˇı´rˇeny´ jazyk pro webove´ aplikace, prˇı´- padneˇ okennı´ aplikace v MS Windows a sluzˇby v MS Windows Open-source projekty: dostupne´, ale v neprˇı´lisˇvelke´m rozsahu Zpracovańıćhyb: vy´jimky Dokumentace: XML znacˇky uvnitrˇkomenta´rˇu˚uvozenyćh trˇemi lomı´tky Stav vy´voje: pomeˇrneˇnovy´, vyvı´jejıćı´se jazyk Komunita: komunita existuje i cˇesky mluvıćı´, ale (ve srovnańı´ s C++ nebo Javou) nenı´prˇı´lisˇpocˇetna´

3. JIT – Just-in-time kompilace znamena´, zˇe ko´d je prˇedkompilovanyńe prˇı´mo do strojove´ho ko´du, ale do strojove´ho ko´du ho prˇekla´da´beˇhove´prostrˇedıázˇprˇed spusˇteˇnı´m na konkre´tnı´platformeˇa jen jeho potrˇebnećˇa´sti.

44 3. JAZYKY

Jazyk C# je modernı´programovacı´jazyk, ktery´vycha´zı´z C++ a Javy a snazˇı´se v kombinaci se zavedenı´m prostrˇedı´.NET zjednodusˇit a zefektivnit programovańı´. Jeho nedostatkem je pomeˇrneˇu´zke´va´zańı´se na firmu Microsoft a jejı´produkty, nicmeńeˇdı´ky vzniku open source projektu Mono jizˇnenıómezen pouze na platformu Windows. Podobneˇ jako Java sve´ ko´dy prˇedkompilova´va´ do mezistupneˇ, ktery´teprve vykona´beˇhove´prostrˇedıńa konkre´tnı´m syste´mu. To ma´zvy´sˇit prˇeno- sitelnost, ale vede to take´k rezˇii, ktera´snizˇuje vy´znam tohoto jazyka pro vy´pocˇetneˇ na´rocˇneáplikace (naprˇ. hry). Jeho nejveˇtsˇı´vyuzˇitı´je proto pro jednoducheókennı´ aplikace ve Windows a prˇedevsˇı´m weboveáplikace. K prvneˇjmenovane´mu ućˇelu se jizˇna rˇadeˇsˇkol ucˇı´. Ve srovnańı´s Javou je vsˇak jeho prˇenositelnost vy´razneˇnizˇsˇı´ a nedisponuje ani takovy´m mnozˇstvı´m studijnıćh materia´lu˚a vy´vojovyćh prostrˇedı´. Nicmeńeˇpro zacˇa´tecˇnı´ky mu˚zˇe by´t i z hlediska na´rocˇnosti rozumneˇjsˇı´volbou nezˇ C++.

3.2.5 Visual Basic

Autor, rok vzniku: Microsoft, Visual Basic (VB) 1991, Visual Basic for Applications (VBA) 1993, Visual Basic .NET (VB .NET) 2000 Paradigma: multiparadigmaticky´: strukturovanyí objektovy´ Prˇekla´dany´/interpretovany´: VB prˇekla´dany´, VBA interpretovany´ (vestaveˇny´ skriptovacı´jazyk kanc. balı´ku˚), VB .NET JIT kompilovany´ Syntakticka´rodina: BASIC Platforma: syste´my firmy Microsoft, VB .NET i na platformeˇ Mono, skripty VBA lze konvertovat do StarBasicu v LibreOffice Licence: proprieta´rnı´ Efektivita: VBA jako interpretovany´jazyk mańizˇsˇıéfektivitu, ale je velmi vhodny´pro makra kancela´rˇskyćh ba- lı´ku˚, VB .NET maómezenou efektivitu JIT prˇekla- dem Datove´typy: beˇzˇne´datove´typy vcˇetneˇboolean, rˇeteˇzce Programove´konstrukce: beˇzˇnećykly a podmıńky, rozlisˇuje funkce a procedury, objekty, verze VB .NET: jednoducha´ deˇ- dicˇnost, rozhranı´, konstruktory, garbage collector, prˇeteˇzˇovańı´funkcıí opera´toru˚, vy´jimky, prˇepiso- vańı´(overriding) – ekvivalent virtua´lnıćh metod, generika (obdoba c++ sˇablon) Vyúkove´materia´ly: Pomeˇrneˇvelke´mnozˇstvı´k drˇı´ve oblı´bene´mu VB, meńeˇpro VBA a VB .NET IDE: MS Visual Studio, pro VBA take´MS Office Rozsˇirˇitelnost: knihovny

45 3. JAZYKY

GUI: WinAPI, pro VB .NET Windows Forms Pouzˇitı´v praxi: snı´zˇena´, VBA je vhodne´prˇi pokrocˇile´praći s MS Office Open-source projekty: prakticky nelze najı´t Zpracovańıćhyb: starsˇı´ „on error goto“ nebo noveˇjsˇı´ verze vy´jim- kami Dokumentace: formou komenta´rˇu˚, VB .NET formou XML komenta´rˇu˚ Stav vy´voje: VB ukoncˇen a nepodporovań, VBA a VB .NET se rozvı´jı´ Komunita: mala´

Jazyk Visual Basic je na´slednı´kem BASICu zna´me´ho z kdysi oblı´benyćh osmibito- vyćh pocˇı´tacˇu˚a prˇı´my´m na´slednı´kem QBasicu, ktery´jizˇv poslednı´verzi meˇl dokonce svu˚j vlastnı´kompila´tor a nebyl tudı´zˇjen interpretovany´m jazykem. Ke konci deva- desa´tyćh let byl Visual Basic oblı´benou volbou vyúky objektove´ho programovańıńa sˇkolaćh, ktere´vsˇak bylo cˇasto zameˇnˇovańo za uda´lostmi rˇı´zeneá neˇkdy byl pojem objekt chybneˇinterpretujı´, jako prvek graficke´ho rozhranı´, jelikozˇjeho podpora OOP byla slaba´. Tento jazyk vsˇak jizˇnenıáni vyvı´jen ani podporovań a byl nahrazen novou verzı´Visual Basic .NET pro platformu .NET. Veˇtsˇina vlastnostı´jazyku˚rodiny .NET je odvozena´z te´to platformy a proto se lisˇı´v za´sadeˇpouze syntaxı´. Jelikozˇ jazyk BASIC byl poneˇkud stranou ostatnıćh programovacıćh jazyku˚, je jeho syntaxe velmi netradicˇnıá nelze najı´t paralely v jinyćh jazycıćh. To je pro studenty prˇi snaze rychle si osvojit univerza´lnı´znalosti velmi nevy´hodne´. Take´prakticke´vyuzˇitı´tohoto jazyka je mensˇı´. Doporucˇit lze jeho variantu Visual Basic for Applications, cozˇje skriptovacı´jazyk pro kancela´rˇsky´balı´k MS Office. Pro studenty oboru˚, ktere´vyuzˇijı´ tvorbu maker je tento jazyk vhodny´.

3.2.6 Java

Autor, rok vzniku: James Gosling (Sun Microsystems), 1995 Paradigma: objektove´ Prˇekla´dany´/interpretovany´: prˇekla´dany´do byteko´du4 Syntakticka´rodina: syntaxe vycha´zı´z C++, ale je zjednodusˇena´ Platforma: multiplatformnı´, ko´d je navıć platformneˇneza´visly´ Licence: GNU GPL Efektivita: nizˇsˇı´ efektivita zpu˚sobena´ mezivrstvou virtua´l- nı´ho stroje (je vsˇak sta´le zdrojem diskusıá srov- nańı´)

4. Byteko´d – obdoba strojove´ho ko´du, ktery´je pomocı´Java Virtual Machine interpretova´n.

46 3. JAZYKY

Datove´typy: za´kladnı´datove´typy (cˇı´selne´, znakoveá bool) jsou primitivnıí jako objekty, String, pokrocˇile´slozˇene´ typy (kolekce: vektor, mapa, mnozˇina, . . . ) Programove´konstrukce: beˇzˇnećykly a podmıńky, objekty, jednoducha´deˇ- dicˇnost, rozhranı´, konstruktory, garbage collector, prˇeteˇzˇovańı´funkcı´(ne vsˇak opera´toru˚), vy´jimky, generika (obdoba c++ sˇablon) Vyúkove´materia´ly: velke´mnozˇstvı´knih, ucˇebnic, prˇı´kladu˚, webu˚; specia´lnı´vyúkovaÍDE IDE: Netbeans, Eclipse, IntelliJ IDEA, JBuilder X, JDe- veloper, BlueJ, Greenfoot, a dalsˇı´ Rozsˇirˇitelnost: velke´ mnozˇstvı´ knihoven v prˇehledne´ strukturˇe balıćˇku˚, mozˇnost integrace s knihovnami v C++ GUI: Swing, AWT, SWT, GWT Pouzˇitı´v praxi: velmi sˇiroka´, spolu s C++ a C# patrˇı´mezi nejoblı´- beneˇjsˇıńa soucˇasne´m pracovnı´m trhu; Java umozˇ- nˇuje nasazenı´ v mobilnıćh aplikacıćh, webovyćh aplikacıćh, jako applety v prohlı´zˇecˇi i jako samostatne´ desktopove´ aplikace cˇi ru˚zne´ kombinace (spusˇteˇnıáplikace prˇı´mo z webove´strańky) Open-source projekty: velke´mnozˇstvı´prˇedevsˇı´m desktopovyćh aplikacı´ i rozsa´hlyćh projektu˚ Zpracovańıćhyb: vy´jimky, testovańı´pomocıúnit testu˚ Dokumentace: JavaDoc (specificky´za´pis komenta´rˇu˚) – prˇı´ma´sou- cˇa´st jazyka, dı´ky cˇemuzˇjsou veˇtsˇinou i vy´borneˇ dokumentovane´knihovny Stav vy´voje: sta´le ve vy´voji Komunita: rozsa´hla´komunita, dı´ky specializovany´m vyúko- vy´m IDE (Greenfoot) i pomeˇrneˇvelka´komunita ucˇitelu˚a zˇa´ku˚cˇi samouku˚

Oblı´benost Javy ve vyúce sta´le roste. Je k tomu spousta du˚vodu˚, prˇedevsˇı´m dı´ky jejı´ snadneˇjsˇı´syntaxi pro zacˇa´tecˇnı´ky (oproti C/C++ apod.), velmi dobre´dokumentaci a kvalitnı´m i vyúkovy´m IDE. Jejı´prakticke´vyuzˇitı´je velkeá umozˇnˇuje tvorˇit sˇirokou sˇka´lu aplikacıód jednoduchyćh appletu˚nebo mobilnıćh her azˇpo velke´webove´ porta´ly nebo desktopoveáplikace. Prˇes vesˇkere´jejı´skveˇle´vlastnosti, ktere´ji snadno cˇinı´jasnou volbou pro ucˇitele, je trˇeba si uveˇdomit i jejıńedostatky. Prˇedevsˇı´m to je cˇasto komplikovanost za´pisu urcˇityćh na prvnı´pohled jednoduchyćh veˇcı´dana´pomeˇrneˇstriktnı´m objektovy´m prˇı´stupem. Tyto komplikace prˇina´sˇı´veˇtsˇinou zapouzdrˇenıá prˇı´kladem mu˚zˇe by´t trˇeba za´pis a cˇtenı´ze souboru, pro ktere´je ve veˇtsˇineˇprˇı´padu˚nutne´pracovat s minima´lneˇ dveˇma objekty, ktere´ soubor zprˇı´stupnı´. Jde sice o objektoveˇ korektnı´ a prakticky´prˇı´stup, ale pro zacˇa´tecˇnı´ka mu˚zˇe by´t prˇı´lisˇkomplikovany´. Velka´komu-

47 3. JAZYKY nita a mnozˇstvı´dostupnyćh i malyćh projektu˚jako vy´sledku˚vyúky programovańı´ v Javeˇmohou by´t zdrojem sˇpatnyćh na´vyku˚. Cˇtenıá u´prava cizı´ho ko´du byla vzˇdy povazˇovana´za skveˇly´zpu˚sob, jak se naucˇit programovat prˇı´mo od neˇkoho schopneˇj- sˇı´ho.5 Na internetu je dnes ale obzvla´sˇteˇv Javeˇpomeˇrneˇvelke´mnozˇstvıńekvalitnı´ho ko´du. Take´prˇı´tomnost neˇkteryćh datovyćh typu˚v podobeˇprimitiv (int) i objektu˚ (Integer) mu˚zˇe prˇina´sˇet proble´my v pochopenı´.

3.2.7 PHP

Autor, rok vzniku: Rasmus Lerdorf, 1995 Paradigma: imperativnı´, strukturovane´, od verze 3 objektove´ (postupneˇvylepsˇovaneá ve verzi 5 zcela zmeˇneˇne´) Prˇekla´dany´/interpretovany´: interpretovany´bud’ webserverem nebo i interpretem na prˇı´kazove´rˇa´dce Syntakticka´rodina: C-like, ale rozsˇı´rˇena´ o rˇadu novyćh prvku˚ (take´ znacˇneˇ„volna´pravidla“ za´pisu ko´du) Platforma: multiplatformnı´ Licence: PHP licence – open source Efektivita: nı´zkaéfektivita vykona´vańı´ko´du, vysokaéfekti- vita zapisovańı´ko´du – je vhodny´pro RAD6 Datove´typy: pouzˇı´va´dynamickeá slabe´typovańı´, proto nema´ smysl datove´ typy diskutovat, vyjma zmıńky o existenci polı´(z principu dynamickyćh a vzhledem k typovańı´ obecneˇ nehomogennıćh), ktera´ mohou jako index prˇijı´mat i text a proto fungovat jako hash tabulky, da´le podpora boolean hodnot a tzv. null-hodnoty (neprˇirˇazena´hodnota) Programove´konstrukce: beˇzˇne´podmıńky (navıć mozˇnost porovna´vat opera´torem 3 rovnı´tek na odlisˇenı´rovnosti a identity) a cykly, navıć cyklus foreach (procha´zı´postupneˇ prvky pole), funkce, objekty, jednoducha´ deˇdicˇ- nost, abstraktnıá staticke´metody/trˇı´dy, konstruktory a destruktory, rozhranı´, vy´jimky, dynamicke´ na´zvy promeˇnnyćh (jmeńo promeˇnneúrcˇene´jinou promeˇnnou), Vyúkove´materia´ly: rˇada ucˇebnic a hlavneˇcˇlańku˚na internetu

5. V knize Programmers At Work od Susan Lammers (viz http://programmersatwork. wordpress.com/bill-gates-1986/) potvrzuje Bill Gates, zˇe nejlepsˇı´zpu˚sob, jak se naucˇit programovat, je cˇı´st kvalitnı´cizı´zdrojove´ko´dy.On sa´m pry´procˇı´tal vytisˇteˇne´vy´stupy z popelnic pocˇı´tacˇove´ho centra. 6. RAD – Rapid Application Development, rychly´vy´voj aplikacı´

48 3. JAZYKY

IDE: lze pouzˇı´t libovolny´textovyéditor (PSPad, Note- pad++) nebo Netbeans, Eclipse, Zend Studio, ph- pDesigner Rozsˇirˇitelnost: existuje rˇada knihoven a prˇedevsˇı´m frameworku˚ (Zend, Nette, . . . ), mozˇnost integrace s C/C++ GUI: PHP-GTK, wxPHP, z PECL repozita´rˇu˚take´podpora Win32 API a Tk Pouzˇitı´v praxi: velmi sˇiroke´, prakticky nejoblı´beneˇjsˇı´ jazyk na maleá strˇedneˇvelke´webove´projekty Open-source projekty: neprˇeberne´mnozˇstvı´zdroju˚a knihoven, bohuzˇel velmi cˇasto naprogramovane´sˇpatny´m stylem Zpracovańıćhyb: vy´jimky Dokumentace: jen jako komenta´rˇe, prˇı´padneˇprojektem Doxygen Stav vy´voje: neusta´le vyvı´jen Komunita: jedna z nejveˇtsˇıćh a nejaktivneˇjsˇıćh internetovyćh komunit, z velkećˇa´sti ale amate´rskyćh programa´- toru˚a samouku˚(neˇktere´rady mohou by´t neu´plne´ nebo sˇpatne´)

PHP je jeden z nejoblı´beneˇjsˇıćh jazyku˚mezi studenty gymna´ziı´, prˇedevsˇı´m pro svou jednoduchost a velmi sˇirou podporu komunitou, snadne´ a rychle´ vy´sledky, byt’ pouze ve webove´m prohlı´zˇecˇi (jako skriptovacı´jazyk na prˇı´kazove´rˇa´dce se prˇı´lisˇ nepouzˇı´va´). Jeho oblı´benosti jisteˇ prˇispeˇl pra´veˇ rozmach sluzˇby WWW a sˇiroka´ podpora tohoto jazyka na porta´lech nabı´zejıćıćh webhosting zdarma. Atraktivnı´ je take´prˇı´lezˇitost pro strˇedosˇkola´ky si programovańı´m v PHP prˇivydeˇla´vat protozˇe nabı´dka praće v tomto jazyce sta´le setrva´va´ a na rozdı´l od jinyćh jazyku˚ je zde popta´vka prˇedevsˇı´m po strˇedosˇkolsky vzdeˇlanyćh lidech, prˇı´padneˇstudentech (i strˇednıćh sˇkol). Jazyk je tercˇem cˇastyćh negativnıćh komenta´rˇu˚z rˇad profesiona´lnıćh programa´- toru˚i ucˇitelu˚a to prˇedevsˇı´m pro svou rozvolneˇnou syntaxi a mnozˇstvıńekvalitnı´ho ko´du, ktere´lze potka vsˇude mozˇneˇv internetu. Jazyk sa´m o sobeˇvsˇak tak sˇpatny´ nenı´, i kdyzˇpro vyúku mańeˇkolik nepraktickyćh vlastnostı´. Kromeˇtoho, zˇe je inter- pretovanyá pouzˇı´vany´prakticky jen pro web, je omezujıćı´jeho slabeá dynamicke´ typovańı´. Tato kombinace prakticky neumozˇnˇuje vysveˇtlit pojem datove´ho typu a typove´kontroly a za´sadnı´m zpu˚sobem znesnadnˇuje hledańıćhyb, kteryćh se za- cˇa´tecˇnıći dopousˇteˇjı´. Celkoveˇje velice du˚lezˇite´hlı´dat zacˇa´tecˇnı´ky, aby dodrzˇovali programa´torske´konvence. Jazyky pro rychly´vy´voj aplikacı´jim totizˇda´vajı´pocit prˇı´lisˇne´volnosti. Na druhou stranu to umozˇnı´vıće se soustrˇedit na rˇesˇeny´proble´m a drˇı´ve se docˇkat vy´sledku˚.

49 3. JAZYKY

3.2.8 JavaScript (resp. ECMAScript)

Autor, rok vzniku: Brendan Eich, 1995 Paradigma: strukturovane´, cˇa´stecˇneˇ objektove´, uda´lostmi rˇı´- zene´ Prˇekla´dany´/interpretovany´: interpretovanyńa straneˇwebove´ho prohlı´zˇecˇe Syntakticka´rodina: C-like Platforma: multiplatformnı´, ale komplikovaneˇ prˇenositelny´ mezi prohlı´zˇecˇi Efektivita: velmi nı´zka´ Datove´typy: pouzˇı´va´dynamickeá slabe´typovańı´, nelze tedy mluvit prˇı´mo o datovyćh typech Programove´konstrukce: beˇzˇne´podmıńky a cykly, funkce, vcˇetneˇanonym- nıćh funkcı´, zjednodusˇeny´koncept objektu˚(v za´- sadeˇjde o pole, ktera´mohou jako sve´polozˇky obsahovat i funkce), vy´jimky Vyúkove´materia´ly: ne mnoho knı´zˇek, omezene´mnozˇstvıélektronicke´ literatury na internetu IDE: libovolny´ textovy´ editor nebo ru˚zne´ specializo- vaneéditory Rozsˇirˇitelnost: minima´lnı´: ru˚zne´ JavaScriptove´ frameworky a knihovny GUI: obsahuje funkce pro volańı´ dialogovyćh oken, prˇı´padneˇ GUI tvorˇene´ prvky webove´ strańky (knihovny jako ExtJS, Dojo, Scriptaculous) Pouzˇitı´v praxi: zı´ska´vańa oblibeˇpro tvorbu webovyćh aplikacıá webove´ho GUI, du˚lezˇite´pouzˇitı´v HTML 5 Open-source projekty: ma´lo Zpracovańıćhyb: vy´jimky Dokumentace: v komenta´rˇıćh, nicmeńeˇkvu˚li komprimaci skriptu˚ pro prˇenos do prohlı´zˇecˇe se cˇasto odstranˇuje Stav vy´voje: vyvı´jı´se, vy´voj za´visıí na webovyćh prohlı´zˇecˇıćh Komunita: mala´

JavaScript lze oznacˇit za pomeˇrneˇ kontroverznı´ jazyk. Jeho vy´voj je va´zany´ na webove´prohlı´zˇecˇe a jejich implementace, cozˇprˇina´sˇı´znacˇne´proble´my se vza´jem- nou kompatibilitou. Jazyk je take´va´zanyńa DOM (Document Object Model) HTML strańky. Sta´va´se tak pomeˇrneˇbeˇzˇneˇ, zˇe po odladeˇnı´skriptu ve Firefoxu nastupuje praće na odstraneˇnıćhyby, ktera´zpu˚sobila necˇinnost v Operˇe. Pote´prˇicha´zı´fa´ze programovańı´workaround rˇesˇenı´pro InternetExplorer, ktere´zpu˚sobıńecˇinnost ve

50 3. JAZYKY

Firefoxu. . . Jazyk je sice standardizovany´v urcˇite´sve´verzi organizacıÉCMA Inter- national, ale implementace jsou ru˚znorode´(obzvla´sˇteˇze strany firmy Microsoft). Cˇaste´je take´sˇpatne´vyuzˇitı´tohoto jazyka vycha´zejıćı´z nepochopenı´jeho ućˇelu, naprˇı´klad pro zaheslovańı´webove´strańky, cˇi naopak opomı´jenı´mozˇnosti, zˇe podpora JavaScriptu v prohlı´zˇecˇi nefunguje. Podobneˇjako u PHP je slabeá dynamicke´ typovańıńevhodne´pro zacˇa´tecˇnı´ky a JavaScript navıć umozˇnˇuje funkcı´m tva´rˇit se jako objekty a tudı´zˇdo promeˇnnyćh ukla´dat reference na funkce. Tı´mto zpu˚sobem v podstateˇimplementuje „falesˇne´“ objektovećhovańıá zana´sˇı´koncept blı´zky´funkciona´lnı´mu programovańı´. Acˇkoliv jde o jazyk, ktery´dı´ky HTML 5 dozna´jisteˇbrzy jesˇteˇveˇtsˇı´ho rozsˇı´rˇenı´, nelze ho v zˇa´dne´m prˇı´padeˇdoporucˇit pro pouzˇitıńa sˇkolaćh a uzˇvu˚bec ne pro zacˇa´tecˇnı´ky. Jeho chaoticˇnost a nejednotna´ implementace ho pro tento ućˇel zcela diskvalifikujı´.

3.2.9 Perl

Autor, rok vzniku: Larry Wall, 1987 Paradigma: multiparadigmaticky´: prima´rneˇ strukturovane´, objektove´(skrze packages), funkciona´lnı´(skrze ba- lı´k Language::Functional) Prˇekla´dany´/interpretovany´: interpretovany´, ale existuje i prˇekladacˇ perlcc Syntakticka´rodina: vlastnı´(snaha o jednoduchost a funkcˇnost) Platforma: multiplatformnı´ Licence: GNU GPL Efektivita: nizˇsˇıéfektivita beˇzˇıćı´ho ko´du (odpovı´daínterpre- tovany´m jazyku˚m), vysokaéfektivita za´pisu ko´du pro urcˇite´typy u´loh (zpracovańı´textu) Datove´typy: dynamicky a slabeˇtypovany´, nerozlisˇuje celaá raciona´lnı´ cˇı´sla (ve vyćhozı´m nastavenı´ jsou cˇı´sla vzˇdy raciona´lnı´), v ra´mci slabe´ho typovańı´volneˇ prˇecha´zı´ mezi rˇeteˇzci a cˇı´sly, tyto typy oznacˇuje jako „skala´r“, da´le rozlisˇuje pole (s indexem) a ha- she (s klıćˇem) – uchova´vajı´seznamy a lze je efek- tivneˇzpracova´vat funkciona´lnı´m prˇı´stupem (naprˇ. funkce map), odkazy (na skala´ry, pole i funkce)

51 3. JAZYKY

Programove´konstrukce: beˇzˇne´ podmıńky a cykly, navıć syntakticky jed- nodusˇsˇı´ for a foreach cyklus nad seznamem a cyklus until, regula´rnı´vy´razy7, funkce (se specificky´m za´pisem parametru˚pomocı´„prototypu“, parametry jsou pak prˇı´tomny v poli @ ), ovladacˇe („alternativa proudu˚ z C++“, slouzˇı´ pro vstup a vy´stup), balı´ky a moduly, objekty, vıćena´sobna´ deˇdicˇnost, prˇeteˇzˇovańı´ opera´toru˚ a metod, abs- traktnı´ metody, konstruktory a destruktory, garbage collector Vyúkove´materia´ly: knihy a cˇlańky na internetu IDE: libovolny´textovyéditor (vim, emacs) Rozsˇirˇitelnost: velke´ mnozˇstvı´ knihoven v archivech CPAN, vlastnı´moduly, integrace s jiny´mi jazyky (C/C++) pomocı´XS nebo SWIG GUI: Tk, GTK2, wxWidgets (knihovna wx) Pouzˇitı´v praxi: velmi sˇiroke´ uplatneˇnı´ ve webovyćh projektech, zpracovańı´ textu a v unixovyćh syste´mech; ko- mercˇneˇjako jeden z jazyku˚prˇi spra´veˇunixovyćh serveru˚ Open-source projekty: existujı´ Zpracovańıćhyb: vy´jimky (ovsˇem zpracova´vane´specificky´m zpu˚sobem) Dokumentace: Plain Old Documentation (POD) jako komenta´rˇe prˇı´mo v ko´du, z nichzˇse pak generuje dokumentace. Stav vy´voje: sta´le ve vy´voji Komunita: prˇedevsˇı´m v unixove´m prostrˇedı´, veˇtsˇinou profesiona´lnı´spra´vci, prˇedevsˇı´m anglicky mluvıćı´

Jazyk Perl je na jednu stranu velice zajı´mavou uka´zkou jazyka s obrovsky´mi mozˇ- nostmi a volny´m prostorem pro programa´tora, vytvorˇit si vlastnı´styl a rˇesˇit proble´my bez syntaktickyćh omezenı´, na druhou stranu teˇmito vlastnostmi je diskvalifikovań pro pouzˇitı´ve vyúce zacˇa´tecˇnı´ku˚. Perl je velmi volnomysˇlenka´rˇsky´ve formeˇza´pisu, jednu veˇc lze rˇesˇit syntakticky diametra´lneˇodlisˇny´mi zpu˚soby, cozˇzacˇa´tecˇnı´ky mate (prˇı´kladem budizˇneˇkolik zpu˚sobu˚za´pisu for-cyklu). Podobneˇstriktneˇdodrzˇene´ slabe´typovańı´, ktereúmozˇnˇuje na obsah promeˇnneńahlı´zˇet neˇkolika zpu˚soby (pole

7. Regula´rnı´vy´raz je textovy´rˇeteˇzec, ktery´ma´za u´kol popsat strukturu obvykle veˇtsˇı´ho mnozˇstvı´ rˇeteˇzcu˚. Pouzˇı´vajı´se prˇi slozˇiteˇjsˇı´m vyhleda´vańıńebo nahrazovańı´, kdyzˇje potrˇeba vyhledat urcˇite´ typy textu˚, ktere´je neefektivnı´hledat postupny´m vypisovańı´m (naprˇ. hleda´m vsˇechna slova zacˇıńajıćı´ pı´smenem a na´sledovany´m jednou cˇı´slovkou a cˇtyrˇmi nebo peˇti velky´mi pı´smeny).

52 3. JAZYKY zapsane´v kontextu skala´ru je pocˇtem jeho prvku˚, tedy $pole = @pole zpu˚sobı´vy- tvorˇenı´skala´rnı´promeˇnne´pole obsahujıćıćˇı´slo, ktereódpovı´da´pocˇtu prvku˚v poli pole, a mezi teˇmito dveˇma promeˇnny´mi se rozlisˇuje), omezuje srozumitelnost a pro zacˇa´tecˇnı´ka bude prˇı´lisˇchaoticke´. Nemeńeˇnesrozumitelne´je i pro cˇloveˇka bez drˇı´veˇjsˇı´praxe sˇiroke´vyuzˇı´vańı´prˇeteˇzˇovańı´, ktere´v kombinaci se slaby´m typovańı´m zpu˚sobuje ru˚zne´ chovańı´ stejnyćh funkcı´ v ru˚zne´m kontextu. Poslednı´ negativnı´ prˇipomıńka se ty´ka´prvku˚funkciona´lnı´ho programovańı´: ty sice vy´razneˇzvysˇujı´ efektivitu za´pisu specifickyćh u´loh, ale v souladu s tvrzenı´mi z prvnı´kapitoly je trˇeba si uveˇdomit, zˇe tyto koncepty jsou velmi na´rocˇneńa pochopenı´. Acˇkoliv je Perl skveˇly´m a uzˇitecˇny´m jazykem, rozhodneˇjej nelze doporucˇit zacˇa´tecˇnı´ku˚m a jako prvnı´jazyk.

3.2.10 Python

Autor, rok vzniku: Guido van Rossum, 1991 Paradigma: multiparadigmaticky´: strukturovany´ i objektovy´ s funkciona´lnı´mi prvky Prˇekla´dany´/interpretovany´: interpretovany´ Syntakticka´rodina: vlastnı´, pouzˇı´va´ zarovnańı´ mezerami k urcˇenı´ bloku˚ko´du Platforma: multiplatformnı´ Licence: Python Software Foundation Licence, kompati- bilnı´s GNU GPL (open source), bez copyleftu Efektivita: nizˇsˇı´(interpretovany´jazyk) Datove´typy: dynamickeá silne´typovańı´, datovy´typ nena´lezˇı´ jmeńu promeˇnne´, ale ulozˇene´ hodnoteˇ; Python znaćelaćˇı´sla, dlouhaćelaćˇı´sla (omezena´jen veli- kostı´pameˇti), rea´lna´(raciona´lnı´) a komplexnıćˇı´sla, da´le rˇeteˇzce (pouzˇı´vaÚnicode), n-tice (heterogennı´ pole s pevnou de´lkou a obsahem), seznamy (hete- rogennı´ dynamicke´ pole) a slovnı´ky (asociativnı´ pole, hash), boolean (konstanty jsou s velky´mi pı´s- meny True a False) Programove´konstrukce: podmıńky if-else doplneˇne´ o veˇtev elif (alter- nativnı´ podmıńka mı´sto podpodmıńky, varianta switch-case neexistuje), cyklus while a for, ano- nymnı´lambda funkce, datove´proudy,objekty (bez rˇı´zenı´prˇı´stupu, tj. neexistuje private/protected/- public), vıćena´sobna´ deˇdicˇnost, konstruktor, de- struktor, metody jsou v roli atributu s funkcı´ja- kozˇto prˇirˇazenou hodnotou, vy´jimky Vyúkove´materia´ly: rˇada ucˇebnic a cˇlańku˚na internetu (i v cˇesˇtineˇ)

53 3. JAZYKY

IDE: PyDev (Eclipse plugin), Netbeans, Code::Blocks, textoveéditory a jine´ Rozsˇirˇitelnost: moduly (import) GUI: PyGTK, PyQt, PySWT, WxPython (wxWidgets), Win32, . . . Pouzˇitı´v praxi: sˇiroce pouzˇı´vanyóbzvla´sˇteˇv unixove´m sveˇteˇ, take´ na webove´technologie Open-source projekty: dostupne´ Zpracovańıćhyb: vy´jimky, DocTest balıćˇek pro testovańı´ Dokumentace: pouze komenta´rˇe nebo externı´dokumentacˇnı´projekt Doxygen Stav vy´voje: vyvı´jı´se Komunita: pomeˇrneˇvelkaí cˇesky mluvıćı´

Jazyk Python je velice zajı´mavou alternativou pro zacˇa´tecˇnı´ky. Cˇasto je doporucˇovań jako vhodny´jazyk k vyúce. Obzvla´sˇteˇlze pochva´lit koncept povinne´ho zarovna´vańı´ ko´du, ktereúrcˇuje bloky ko´du. Zacˇa´tecˇnıći se tak naucˇı´vhodneˇupravovat ko´d, cozˇ je vzˇdy velmi obtı´zˇne´. Syntaxe je celkoveˇjednoduchaá snadno naucˇitelna´. Mozˇnosti knihoven (vcˇetneˇoblı´bene´PyGame na tvorbu her) jsou vcelku velke´, bohuzˇel chybı´ jake´koliv vyúkove´prostrˇedı´, cozˇale u starsˇıćh studentu˚nenı´vu˚bec na prˇeka´zˇku. Z hlediska objektove´ho na´vrhu lze jen namı´tnout, zˇe absence rˇı´zenı´prˇı´stupu bude studentu˚m zpu˚sobovat proble´my v jinyćh OOP jazycıćh. Celkoveˇtvorˇı´Python (spolu s na´sledujıćı´m Ruby) volbu, ktere´se nabı´zejı´jako dobraálternativa k „mainstreamu“ a pro jednoduchost sve´ syntaxe je vy´borny´m kandida´tem na jazyk, ktery´ by byl volen jako uka´zka „dalsˇıćh mozˇnostı´“ ke konci sˇkolnı´ho roku prˇi programovańı´ naprˇ. v Javeˇ.

3.2.11 Ruby

Autor, rok vzniku: Yukihiro Matsumoto, 1995 Paradigma: striktneˇobjektove´s funkciona´lnı´mi prvky Prˇekla´dany´/interpretovany´: interpretovany´ Syntakticka´rodina: vlastnı´, blı´zkaĆ Platforma: multiplatformnı´ Licence: dua´lnı´: Ruby a BSD (open source) Efektivita: vykona´vańı´ko´du nı´zka´(dańo interpretovanostı´), za´pis ko´du velmi efektivnı´

54 3. JAZYKY

Datove´typy: dynamicke´ a silne´ typovańı´, promeˇnne´ se nede- klarujı´, typ je prˇirˇazen podle prˇirˇazene´ hodnoty, za´kladnı´typy jsou cˇı´sla (cela´mala´: Fixnum a velka´ Bignum, desetinna´: Float), rˇeteˇzce (string) a pole a hash (v obou prˇı´padech jde o typy heterogennı´, tedy prvky pole mohou mı´t ru˚zny´datovy´typ, na rozdı´l od jinyćh jazyku˚), boolean a null hodnoty jsou emulovańy pomocı´singleton8 instancı´ true trˇı´dy TrueClass, false trˇı´dy FalseClass a nil – nilClass Programove´konstrukce: podmıńka if-else obsahuje i veˇtev elsif (alterna- tivnı´ podmıńka mı´sto podpodmıńky), specia´lnı´ negativnı´podmıńka unless (nenı´-li), podmıńka s vyćˇty se zapisuje case-when mı´sto v ostatnıćh jazycıćh obvykle´ho switch-case, cykly while, until a for, specia´lnıíteracˇnı´metody .times (pro cˇı´sla) a .each (pro pole a hash) a pro bloky .upto a .downto, bloky, regula´rnı´ vy´razy, objekty, mı´sto konstruktoru metoda initialize, destruktory neexistujı´(ale lze nastavit „finalizer“ po- mocı´ ObjectSpace.define finalizer, jednoducha´deˇdicˇnost a mixin (mozˇnost vlozˇit „modul“ klıćˇovy´m slovem include do objektu), vy´jimky Vyúkove´materia´ly: omezene´mnozˇstvı´knı´zˇek a manua´lu˚, veˇtsˇinou anglicky, specia´lnı´vyúkova´distribuce KidsRuby, deklarovana´podpora KidsRuby na noveˇvznikajıćı´m velmi levne´m embedded pocˇı´tacˇi Raspberry Pi IDE: KidsRuby, Netbeans, RubyMine, Aptana, Redcar, textoveéditory Rozsˇirˇitelnost: knihovny (RubyGems), integrace C/C++ ko´du (pomocı´SWIG) GUI: Shoes, FXRuby, qtRuby (Qt), Tk, wxRuby (wxWi- dgets) a dalsˇı´ Pouzˇitı´v praxi: nizˇsˇı´, jazyk se teprve rozsˇirˇuje, oblı´bena´zacˇıńa´by´t jeho varianta pro webove´projekty: Ruby on Rails Open-source projekty: dostupne´, ale ma´lo Zpracovańıćhyb: vy´jimky Dokumentace: vlastnı´ syste´m RDoc, generujıćı´ dokumentaci ze specia´lnıćh komenta´rˇu˚ Stav vy´voje: sta´le ve vy´voji

8. singleton – na´vrhovy´vzor jedina´cˇek, trˇı´da, ktera´ma´priva´tnı´konstruktor a instance se vytva´rˇı´ vola´nı´m specia´lnı´staticke´metody, jenzˇvracı´sta´le stejnou instanci

55 3. JAZYKY

Komunita: pomeˇrneˇmala´, ale rozsˇirˇujı´cı´se, obzvla´sˇteˇu projektu Ruby on Rails

Jazyk Ruby je pro vyúku zacˇa´tecˇnı´ku˚ velice zajı´mavy´. Ma´ pomeˇrneˇ jednoducha´ syntakticka´pravidla, sˇiroke´mozˇnosti ru˚znyćh knihoven vcˇetneˇknihoven pro GUI nebo vy´voj jednoduchyćh her (Gosu, Rubygame a dalsˇı´). Acˇkoliv je interpretovany´ a nelze na neˇm demonstrovat kompilaci, pro u´plne´zacˇa´tecˇnı´ky bude vy´hodou nejen jednoduchost, ale takećˇistota objektove´ho prˇı´stupu, prˇedevsˇı´m absence primitivnıćh typu˚, jejichzˇkombinovańı´s objekty naprˇ. v Javeˇnebo C++ komplikuje vysveˇtlenı´ principu˚prˇirˇazenıá porovna´vańı´. Do budoucna je nadeˇje postupneˇdostupneˇjsˇıćh vyúkovyćh zdroju˚a prostrˇedı´, ktera´zatı´m zastupuje jen KidsRuby a to spı´sˇe pro mladsˇı´zˇa´ky. Kazˇdopa´dneˇby Ruby mohlo by´t dobrou volbou jako prvnı´jazyk pro mladsˇı´zˇa´ky.

3.2.12 Karel

Autor, rok vzniku: Richard E. Pattis, 1981 Paradigma: strukturovane´ Prˇekla´dany´/interpretovany´: interpretovany´ Syntakticka´rodina: vlastnı´, trivia´lnı´ Platforma: multiplatformnı´ Licence: v za´vislosti na implementaci, dostupne´ i open source Efektivita: velmi nı´zka´, ale efektivnı´pro oveˇrˇenı´schopnosti algoritmizace Datove´typy: zˇa´dne´ Programove´konstrukce: podmıńka if-else, cyklus s podmıńkou nebo prˇe- dem dany´m pocˇtem opakovańı´, neˇkolik za´klad- nıćh prˇı´kazu˚a logickyćh vy´razu˚(podmıńek) Vyúkove´materia´ly: ma´lo, ale kromeˇstare´literatury i noveˇjsˇı´, viz [5] IDE: http://karel.oldium.net a rˇada dalsˇıćh Rozsˇirˇitelnost: zˇa´dna´(pouze tvorbou svyćh odvozenyćh prˇı´kazu˚) GUI: hernı´plań Pouzˇitı´v praxi: zˇa´dne´ Open-source projekty: zˇa´dne´ Zpracovańıćhyb: zˇa´dne´(IDE ohla´sıćhybu syntaktickou i beˇhovou) Dokumentace: v neˇkteryćh implementacıćh lze vlozˇit komenta´rˇ Stav vy´voje: ukoncˇeny´ Komunita: nenı´

Komenta´rˇk jazyku Karel je soucˇa´stı´popisu jeho prostrˇedı´v na´sledujı´cı´kapitole.

56 Kapitola 4 Vy´vojova´a vy´ukova´prostrˇedı´

4.1 Robot Karel

Robot Karel je jazyk, ktery´v 80. letech 20. stoletı´vymyslel Richard Pattis pro po- trˇeby vyúky programovańıńa Stanford University. Od te´doby byl implementovany´ do mnoha ru˚znyćh prostrˇedıá pro ru˚zneóperacˇnı´syste´my. Tato prostrˇedı´vzˇdy ob- sahujıćˇtvercovou sı´t’polıćˇek (acˇkoliv pu˚vodnıímplementace obsahovala vodorovne´ a svislećesty a robot prˇecha´zel po krˇizˇovatkaćh), po kteryćh se pohybuje postavicˇka robota, kteraóvla´da´pouze neˇkolik za´kladnıćh prˇı´kazu˚: krok, vlevo-vbok, zvedni a polozˇ(znacˇku na aktua´lnı´polıćˇko). Veˇtsˇina implementacı´take´podporuje podmıńky a cykly, test na prˇı´tomnost zdi nebo znacˇky a orientace na sveˇtove´strany. Jako velice sˇikovne´prostrˇedı´se jevıćˇeskaímplementace Ing. Oldrˇicha Jedlicˇky, absolventa Za´padocˇeskeúniverzity, Fakulty aplikovanyćh veˇd. Tato implementace je napsana´v JavaScriptu a je volneˇdostupnańa adrese http://karel.oldium.net. Aplikace ma´velice snadne´pouzˇitı´podobneˇjako je snadny´samotny´jazyk Karel. Pro- strˇedıúmozˇnˇuje ucˇit Karla nove´prˇı´kazy, ktere´jsou slozˇene´ze za´kladnıćh prˇı´kazu˚. Sı´la jazyka je znacˇneˇomezenaábsencı´promeˇnnyćh, prˇesto velice dobrˇe slouzˇı´prv- nı´mu sezna´menı´s algoritmizacı´v tomto prˇı´padeˇna trivia´lnı´m imperativnı´m jazyku. V tomto smyslu jde o vyuzˇitı´prˇı´stupu imperative-first, nicmeńeˇstudenti tento fakt ani nemusı´vnı´mat, jelikozˇu´lohy rˇesˇitelne´Karlem jsou veˇtsˇinou jednoducheá kra´tke´. Samotna´dekompozice u´kolu na dı´lcˇı´prˇı´kazy nenı´jazykem nijak vynucena´, acˇkoliv je dobre´ji po studentech pozˇadovat. Funkce samotne´jsou pak s nadhledem vzato de facto metody objektu robota Karla a proto necˇinı´zˇa´dny´proble´m prˇı´mo nava´zat i na paradigma objektove´. Zajı´mave´je sledovat i zˇa´ky, kterˇıúzˇovla´dajıńeˇktery´z programovacıćh jazyku˚ (cˇasto naprˇı´klad PHP), jak rˇesˇı´ neˇktere´ u´lohy v tak trivia´lnı´m prostrˇedı´. Prˇı´lisˇna´ jednoduchost jazyka totizˇvynucuje opravdu nı´zkou´rovnˇoveú´vahy a spra´vnou dekompozici proble´mu. Prostrˇedı´je idea´lnıńa jednoducheú´lohy z algoritmizace. Zˇ a´ky bavıá motivuje k praći, protozˇe jejich slovy: „Neˇco tak jednoduche´ho prˇece musı´m zvla´dnout vymyslet.“ Za´rovenˇumozˇnˇuje experimentovat, zkousˇet s okamzˇity´m vy´- sledkem a pochopit pomeˇrneˇsnadno naprˇı´klad vnorˇenećykly. Velkou vy´hodou prostrˇedı´je jeho funkcˇnost prˇı´mo ve webove´m prohlı´zˇecˇi se zapnuty´m JavaScriptem, mozˇnost ukla´dat a nacˇı´tat u´koly ve formeˇtextove´ho rˇe- teˇzce, ktery´lze snadno poslat e-mailem k opravenı´. Jazyk je interpretovanyá zˇaći se v tomto prostrˇedı´poprve´setkajı´s beˇhovy´mi chybami, prˇi kteryćh jejich rˇesˇenı´bude

57 4. VY´ VOJOVA´ A VY´ UKOVA´ PROSTRˇ EDI´ pro specificke´vstupnı´podmıńky koncˇit chybou, cozˇje naucˇı´komplexneˇuvazˇovat o mozˇnyćh chybnyćh vstupech. Jelikozˇje toto prostrˇedı´vynikajıćı´pra´veˇpro vyúku algoritmizace jednoduchyćh proble´mu˚, bude pro neˇj v kapitole Prˇı´pravy pro semina´rˇprogramovańı´ nabı´dnuto neˇ- kolik vzorovyćh u´loh. Z jazyka Karel vycha´zıí Karel++, ktery´je jeho objektovou verzı´, inspirovanou Javou. Tato verze ale nenı´prˇı´lisˇrozsˇı´rˇena´, je na´rocˇne´pro ni najı´t kvalitnı´prostrˇedıá dle me´ho na´zoru neprˇina´sˇı´zˇa´dne´za´sadnı´vy´hody vyjma vazby na objektovou formu za´pisu, cozˇnevyva´zˇı´vy´hody prostrˇedı´vy´sˇe uvedene´ho.

4.2 Lego Mindstorms

Firma Lego nabı´zı´v produktove´rˇadeˇMindstorms roboticke´stavebnice a stej- nojmenne´vy´vojove´prostrˇedı´. Stavebnice (v noveˇjsˇıŃXT verzi) jsou rˇı´zeny mikroprocesory firmy Atmel a je dostupna´kompletnı´technicka´dokumentace. Dı´ky tomu lze do stavebnic nahra´t i alternativnı´firmware. Stavebnice jsou bohuzˇel pomeˇrneˇ draheá take´vy´vojove´prostrˇedı´je zpoplatneˇno, nicmeńeˇexistujıálternativnıÍDE, vcˇetneˇneˇkteryćh zdarma dostupnyćh. Tato alternativnı´prostrˇedıá firmware pak na- bı´zejı´mozˇnost programovat stavebnice v jazycıćh C/C++, Java, Perl, Python, Ruby a dalsˇıćh. SamotneÍDE Mindstorms je grafickeá ko´d je v nich skla´dań z obra´zkovyćh bloku˚. Za´kladnı´rozhranıóbsahuje kromeˇakcı´(spustit nebo vypnout motor, rozsvı´tit sveˇtlo, prˇehra´t zvuk, . . . ) takećykly a podmıńky rˇı´zenećˇidly (dotykove´, hlasitostnı´, infra, barvocitlive´, ultrazvukove´, . . . ). Nakla´dańı´ s promeˇnny´mi i samotny´mi podmıń- kami je ale ve slozˇiteˇjsˇıćh u´lohaćh poneˇkud neintuitivnıázˇkrkolomne´, cozˇje dańo konstruovańı´m parametru˚v dialogove´m okneˇa propojovańı´m vstupu˚a vy´stupu˚ z jednotlivyćh bloku˚spojnicemi „konektoru˚“, ktere´jsou standardneˇskryty. Zajı´mavou vlastnostı´ je podpora paralelnı´ho vykona´vańı´ cˇinnostı´ a prvnı´ sezna´menı´s blokujıćı´mi a neblokujıćı´mi akcemi – naprˇı´klad prˇi spusˇteˇnı´motoru lze nastavit pocˇet otaćˇek nebo u´hel (pak je cˇinnost blokujıćıá vykona´vańı´ko´du pokra- cˇuje azˇpo dokoncˇenı´) nebo jen vydat povel k zastavenıćˇi spusˇteˇnı´motoru (pak je neblokujıćıá ko´d pokracˇuje ihned). Stavebnice je jizˇna neˇkteryćh sˇkolaćh oblı´bena´prˇedevsˇı´m zˇa´ky nizˇsˇıćh rocˇnı´ku˚ a existujı´souteˇzˇe porˇa´dane´pro strˇednı´sˇkoly, sady byly veˇtsˇinou nakoupeny dı´ky projektu˚m, ze kteryćh vzesˇly i vyúkove´materia´ly. Vy´vojove´prostrˇedı´je pro zˇa´ky nizˇsˇı´ho stupneˇgymna´ziıńa prvnı´sezna´menı´velmi vhodne´, ale neva´hal bych brzy prˇejı´t na alternativnı´firmware a beˇzˇne´programovacı´jazyky. Zde nejspı´sˇC, jelikozˇ jde o uka´zkovou aplikaci mikroprocesorove´techniky a znalost jazyka C lze pozdeˇji uplatnit prˇı´mo prˇi programovańı´mikroprocesoru˚Atmel nebo Microchip, se ktery´mi se opravdovı´za´jemci o robotiku velmi brzy setkajı´. V prostrˇedı´Mindstorms mohou programovat i naprostı´zacˇa´tecˇnıći bez nutnosti prakticky jakyćhkoliv znalostı´.

58 4. VY´ VOJOVA´ A VY´ UKOVA´ PROSTRˇ EDI´

4.3 Arduino

Zajı´mavou alternativu k Robolabu nabı´zı´ platforma Arduino. Je to pomeˇrneˇ mlady´projekt kombinujıćı´v sobeˇjednoduche´vy´vojove´prostrˇedıńapsane´v Javeˇ, knihovny a kompila´tor jazyka AVR-C/C++ (jazyk C pro mikroprocesory firmy At- mel) a desku plosˇne´ho spoje, jejı´mzˇsrdcem je mikroprocesor AVR Atmega firmy Atmel. Vsˇe je open-source, vcˇetneˇhardware, ktery´je dostupnyí v CˇR za pomeˇrneˇ nı´zkou cenu a existujıí jeho jesˇteˇlevneˇjsˇıćˇıńske´klony. Samotny´programovacı´jazyk je oznacˇovań jako Wiring (jde o samostatny´projekt http://wiring.org.co) a jsou to ve skutecˇnosti knihovny jazyka AVR-C/C++, ktere´vy´znamny´m zpu˚sobem programovańıúsnadnˇujı´. Vy´vojove´prostrˇedı´pak vycha´zı´z projektu Processing (jde o samostatny´projekt, kteryúmozˇnˇuje mikroprocesory programovat pro zmeˇnu v jazyce Java, cozˇje ale poneˇkud neobvykle´). IDE je velice prˇı´jemneá jednoducheńa ovla´dańıá prˇı´mo jeho soucˇa´stı´je velke´ mnozˇstvı´vzorovyćh prˇı´kladu˚a mozˇnost ihned ko´d zkompilovat a prˇes USB port nahra´t do prˇipojene´desticˇky. Nevy´hodou je absence debuggeru, cozˇje dańo technicky´m rˇesˇenı´m – desticˇka neumı´vyuzˇı´vat podporu debuggingu na cˇipu a bylo by nutne´koupit drazˇsˇı´programa´tor a pouzˇı´vat vy´vojove´prostrˇedıÁVR Studio od firmy Atmel. To ovsˇem neumı´pracovat s knihovnami jazyku Wiring. Komunita tohoto projektu se pomeˇrneˇrychle rozru˚staá Arduino se sta´vaóblı´benou hracˇkou od kutilu˚teenagerske´ho veˇku azˇpo studenty umeˇleckyćh oboru˚, kterˇı´ jej vyuzˇı´vajı´v instalacıćh umeˇleckyćh prˇedmeˇtu˚s elektronicky´mi prvky nebo jako rˇı´dıćı´prvek robotu˚. Dı´ky tomu je na internetu dostupna´rˇada zajı´mavyćh zapojenı´. Pro praći s Arduinem stacˇı´mı´t za´klady elektroniky z hodin fyziky na strˇednı´sˇkole a velice snadno si zˇa´k naprogramuje blikacˇku, jednoduchy´prˇehra´vacˇzvuku˚, digita´lnı´ teplomeˇr cˇi beˇzˇıćı´text na displeji. Prostrˇedı´ma´velky´potencia´l pro meziprˇedmeˇtovou vazbu informatiky s fyzikou. To je ale za´rovenˇi nevy´hoda. Sˇkola by musela kromeˇ Arduina porˇı´dit i elektronicke´soucˇa´stky jako LED diody, segmentove´zobrazovacˇe, motorky, senzory teploty apod. Zapojenıóbvodu a prˇı´padne´hledańı´hardwarove´ chyby pak mu˚zˇe by´t neu´meˇrneˇdelsˇı´k samotne´mu programovańı´, proto je projekt vhodny´prˇedevsˇı´m jako atraktivnıáplikace jazyka C/C++ pro strˇednıódborne´sˇkoly technicke´ho smeˇru.

4.4 Baltı´k

Baltı´k je vyúkove´graficke´prostrˇedı´prˇedevsˇı´m pro deˇti, nicmeńeˇv pokrocˇilejsˇıćh mo´dech zasahuje azˇdo veˇkoveú´rovneˇstrˇednıćh sˇkol. Popisovat zde budu aktua´lnı´ (noveˇjsˇı´) verzi SGP Baltie 4 C#, kteraúmozˇnˇuje kromeˇ„graficke´ho“ programovańı´ take´za´pis programu v textove´podobeˇjazyka C#. Aplikace ma´4 za´kladnı´mo´dy: 2D, 3D, Konzole a C#. 2D rezˇim zacˇıńa´kreslenı´m sceńy, ktere´je urcˇene´pro deˇti od 4 let. Dalsˇı´trˇi volby rezˇimu 2D jsou totozˇneí s rezˇimem 3D a lisˇı´se jen prostorovostı´ hernı´ho plańu. V tom smeˇru je v Baltı´kovi znatelnaínspirace robotem Karlem.

59 4. VY´ VOJOVA´ A VY´ UKOVA´ PROSTRˇ EDI´

Sˇestilety´m deˇtem ma´slouzˇit rezˇim interaktivnı´ho ovla´dańı´Baltı´ka, kteryúmozˇ- nˇuje klikańı´m na ikony prˇı´kazu˚k pohybu a „cˇarovańı´“ prova´deˇt jednoducheú´kony s postavicˇkou kouzelnı´ka. To je samo o sobeˇjisteˇza´bava, ktera´deˇti velmi rychle omrzı´. Proto pro 7lete´deˇti prˇicha´zı´programovacı´rezˇim s graficky´mi prˇı´kazy. Zde se jizˇz prˇı´kazu˚tvorˇı´ metody a vznikajı´programy, zatı´m sta´le s pohybem figurky kouzelnı´ka Baltı´ka (kterou lze i skry´t). Poslednı´volba je urcˇena deˇtem od 12 let a umozˇnˇuje programovat bez prˇı´tomnosti kouzelnı´ka Baltı´ka. Graficke´programovańı´v programu Baltı´k ma´podle meˇjeden za´sadnıńedosta- tek a sice ten, zˇe zˇa´dny´m zpu˚sobem nevyuzˇı´va´vy´hod graficke´ho prˇı´stupu, naopak by se dalo rˇıći, zˇe graficky´za´pis jen zdrzˇuje a nutı´pamatovat si vy´znam neprˇı´lisˇ intuitivnıćh ikonek. Vsˇechny graficke´prvky, bez ohledu na to, zda se jednaó funkce (terminologiıáutoru˚ metody), promeˇnne´, konstanty cˇi programove´konstrukce tvorˇı´ obde´lnı´kovyóbra´zek. Zˇ a´dny´m zpu˚sobem se tedy nebrańı´syntakticky sˇpatne´konstrukci a samotny´za´pis je v podstateˇjen nahrazenı´slov obra´zky v jinak textove´ podobeˇko´du. Zajı´mave´ je, zˇe i struktury jako podmıńka nebo cyklus jsou tvorˇeny ikonou, ktera´ je na´sledovańa ikonami za´vorek. Zˇ a´k tedy nevidı´ na graficke´ reprezentaci ucelenost teˇla cyklu a nevidıáni veˇtvenı´podmıńky na dveˇcˇa´sti. Mı´sto toho mu˚zˇe te´meˇrˇlibovolneˇzarovna´vat ikony slozˇenyćh za´vorek, ktere´majı´stejny´vy´znam jako slozˇene´za´vorky v beˇzˇnyćh jazycıćh. Tı´m, zˇe je ale nutneíkony prˇevzı´t z menu a umı´stit mysˇı´, da´praći posbı´rat prˇı´slusˇneíkony „mezera“ a „odrˇa´dkovańı´“ a s jejich pomocı´za´pis prˇehledneˇstrukturovat. Je sˇkoda, zˇe ani datove´typy nejsou tvaroveˇodlisˇene´, jak by´vaú grafickyćh jazyku˚ zvykem, aby se znemozˇnilo umist’ovatdatove´typy do kontextu˚, ktere´jim neprˇı´slusˇı´. Baltı´k nijak nebrańı´vlozˇenı´rˇeteˇzce do rozhodovacı´ho vy´razu podmıńky. Rezˇim Konzole je urcˇen zˇa´ku˚m od 10 let k programovańı´beˇzˇnyćh konzolovyćh aplikacı´– jejich neatraktivnost jsem zmıńil v teoretickećˇa´sti praće. Poslednı´– C# rezˇim – umozˇnı´zˇa´ku˚m (doporucˇeno od 15 let) programovat ve zmıńeˇne´m jazyce prˇı´mo v textove´m rezˇimu. Prostrˇedı´sice disponuje i debuggerem, kompila´torem a doplnˇovańı´m syntaxe, cozˇlze povazˇovat za za´kladnı´du˚lezˇite´vlastnosti vyúkove´ho IDE, ale vzhledem k ceneˇlicence tohoto programu je ota´zka, jestli ma´smysl toto pro- strˇedı´kupovat ve sˇkole, kterańepouzˇı´va´jeho grafickou cˇa´st, kdyzˇexistujıálternativy zdarma. Byt’ na u´zemı´ Cˇeske´ republiky i Slovenska probı´hajı´ souteˇzˇe v programovańı´ v Baltı´kovi, existuje mnozˇstvı´materia´lu˚pro zˇa´ky i ucˇitele a prostrˇedıóbsahuje kompila´tor, takzˇe lze tvorˇit spustitelne´(exe) soubory pro MS Windows, domnı´va´m se, zˇe toto prostrˇednıńenıú´plneˇnejvhodneˇjsˇı´volbou. Za negativa lze oznacˇit platfor- movou za´vislost na MS Windows a prˇedevsˇı´m pak nekoncepcˇnı´vyuzˇitı´graficke´ho prˇı´stupu k programovańı´, ktere´by meˇodradilo od pouzˇitıńejen na strˇednı´sˇkole, ale prˇedevsˇı´m na sˇkolaćh za´kladnıćh.

60 4. VY´ VOJOVA´ A VY´ UKOVA´ PROSTRˇ EDI´

4.5 Scratch

Vynikajıćıálternativou k Baltı´kovi je program Scratch (http://scratch.mit. edu). Jde opeˇt o prostrˇedı´s graficky´m programovacı´m jazykem, ovsˇem tentokra´t hlı´da´syntaxi ko´du pra´veˇpomocı´ru˚znyćh grafickyćh u´tvaru˚, ktere´do sebe zapadajı´ pouze ve spra´vnyćh kontextech. Zˇ a´k se dı´ky tomu plynule ucˇı´vnı´mat syntaxi, anizˇ by ho to zdrzˇovalo v uvazˇovańıńad algoritmem. Uzˇpodle tvaru stavebnıćh bloku˚ vnı´ma´, kterećˇa´sti lze jaky´m zpu˚sobem propojit. Narozdı´l od Baltı´ka jsou prˇı´kazy popsańy slovneˇ, ne obra´zky. Aplikace je kom- pletneˇlokalizovana´do cˇesˇtiny. Program urcˇuje cˇinnost objektu˚vlozˇenyćh opeˇt do „hernı´ho plańu“, ko´d lze va´zat jednak na spusˇteˇnıćele´ho plańu, da´le na kliknutı´ na neˇktery´ objekt, stisk neˇktere´ kla´vesy nebo prˇıćhozı´ zpra´vu, cozˇ uzˇ nava´dı´ na uda´lostmi rˇı´zeny´prˇı´stup v objektove´m paradigmatu. Vytvorˇene´sceńa´rˇe sice nelze zkompilovat do spustitelne´podoby, nicmeńeˇje lze (kromeˇulozˇenı´ve vlastnı´m forma´tu) odeslat ke zverˇejneˇnıńa strańkaćh projektu. Tyto strańky slouzˇıńejen jako prˇehled zajı´mavyćh na´padu˚, ale take´jako diskusnı´ fo´rum a zdroj materia´lu˚pro zˇa´ky i ucˇitele. Omezujıćı´je bohuzˇel nedostatek materia´lu˚ v cˇesˇtineˇ. Program je projektem media´lnı´laboratorˇe zna´meámericke´vysoke´sˇkoly MIT. Prˇesto lze v programu Scratch vytvorˇit i zajı´mave´hry, ktere´pobeˇzˇı´v prostrˇedı´ Java na libovolne´m syste´mu rovnou ze strańek projektu, zˇaći je mohou sdı´let prˇes socia´lnı´sı´teˇ, ihned se komukoliv pochlubit se svou pracı´, a prˇitom je cele´prostrˇedı´ zdarma. Toto prostrˇedı´povazˇuji za velmi vhodne´pro zˇa´ky nizˇsˇı´ho gymna´zia nebo za´kladnıćh sˇkol.

4.6 Alice 3D

Dalsˇı´ vyúkove´ prostrˇedı´, ve sta´vajıćı´ verzi bohuzˇel pouze pro MS Windows, acˇkoliv podle informacı´z diskusnıćh fo´r se na verzi pro MacOS i Linux pracuje, je z produkce dalsˇıámerickeúniverzity: Carnegie Mellon University. Na webovyćh strańkaćh http://alice.org je i seznam sˇkol, ktere´tento program pouzˇı´vajıá mezi nimi je i Gymna´zium Rumburk a ZSˇ Londyńska´v Praze. Acˇkoliv program u na´s nenı´zda´se prˇı´lisˇrozsˇı´rˇen, je take´zajı´mavou volbou. Je srovnatelny´ s programem Scratch. Narozdı´l od neˇj je aktua´lnı´ Alice 3 Beta pouze anglicky, sceńa je trojrozmeˇrnaá na ni se vkla´dajı´jednotliveóbjekty, jejichzˇ metody lze na´sledneˇ volat. Paleta objektu˚ je pomeˇrneˇ velka´, postavy se generujı´ v jednoduche´m na´vrha´rˇi podle pozˇadavku˚. Kazˇde´mu objektu lze vytva´rˇet nove´ metody i atributy, celyńa´vrh je tedy objektovy´. Prostrˇedıópeˇt sa´zıńa kombinaci textu ko´du v ru˚znyćh ra´mecˇcıćh, ktere´je mozˇne´ umı´stit jen do urcˇityćh kontextu˚a tı´m zamezit syntakticky´m chyba´m. Pro zajı´mavost zmıńı´m, zˇe kromeˇcyklu˚a podmıńek je mozˇne´vytva´rˇet bloky urcˇujıćı´paralelnıńebo sekvencˇnı´vykona´vańıóbsazˇenyćh prˇı´kazu˚. Projekty lze kromeˇvlastnı´ho forma´tu ukla´dat i jako videa, jelikozˇse programova´- nı´m vlastneˇrˇı´dı´3D animace. Tato videa jsou ulozˇitelna´bud’ ve forma´tu MOD nebo

61 4. VY´ VOJOVA´ A VY´ UKOVA´ PROSTRˇ EDI´ prˇı´mo na Youtube. Za velkou prˇeka´zˇku povazˇuji to, zˇe program je pouze v anglicˇtineˇ. Prˇesto lze doufat, zˇe vy´voj bude i nada´le pokracˇovat a zvolena´metodika mu˚zˇe by´t atraktivnıá prˇıńosna´z hlediska pochopenıóbjektove´ho prˇı´stupu i pro strˇedosˇkola´ky, nejspı´sˇovsˇem v nizˇsˇıćh rocˇnıćıćh.

4.7 BlueJ

Velmi rozsˇı´rˇene´vyúkove´prostrˇedı´pro jazyk Java s integrovany´m zjednodusˇe- ny´m UML diagramem trˇı´d se jmenuje BlueJ. Studenti v neˇm majıókamzˇitou vazbu mezi UML na´vrhem a ko´dem. Bohuzˇel diagram je vy´znamneˇzjednodusˇeny´, naprˇı´- klad kompletneˇchybıćˇa´sti zobrazujıćıátributy a metody. Prostrˇedı´podporuje automaticke´doplnˇovańı´ko´du, integruje v sobeˇdokumentaci v podobeˇJavaDoc do te´mı´ry, zˇe ji zobrazuje prˇi automaticke´m doplnˇovańı´ko´du a kazˇdy´soubor zdrojove´ho ko´du umozˇnˇuje zobrazit jak v rezˇimu ko´du, tak v rezˇimu dokumentace. V prostrˇedı´je i integrovana´podpora tzv. unit testu˚, ktere´lze nejen psa´t, ale i nahra´vat podobneˇjako makra. Tato vlastnost je velice uzˇitecˇna´pro test driven development. Vy´hodou je mozˇnost okamzˇiteˇko´d kompilovat, testovat a vytva´rˇet instance trˇı´d, pousˇteˇt jejich metody a kontrolovat na´vratove´ hodnoty. Toto prostrˇedı´ je idea´lnı´ volbou pro zacˇa´tecˇnı´ky v Javeˇ, nejle´pe ale jizˇzˇa´ky vysˇsˇıćh rocˇnı´ku˚strˇednı´sˇkoly. Pro- strˇedı´je zdarma dostupne´ze strańek http://bluej.org, je vyvı´jeneÚniversity of Kent a podporovane´firmou Oracle a je multiplatformnı´.

4.8 Greenfoot

Pro mladsˇı´zˇa´ky strˇednıćh sˇkol nebo lepsˇı´motivaci a snazsˇı´pochopenı´ze strany u´plnyćh zacˇa´tecˇnı´ku˚v jazyce Java je vyúkove´prostrˇedı´Greenfoot idea´lnı´volbou. Toto prostrˇedı´je podobneÍDE BlueJ, ale navıć obsahuje hernı´plochu, abstraktnı´trˇı´du World a Actor a neˇktere´dalsˇı´trˇı´dy (Greenfoot, GreenfootImage, GreenfootSound a MouseInfo), ktere´tvorˇı´za´kladnı´hernı´framework. Zˇ aći programujı´sveáplikace v Javeˇtak, zˇe deˇdıód trˇı´dy World potomka, ktery´ bude reprezentovat jejich podobu hernı´ho plańu (rozmeˇr plańu, velikost polıćˇka, obra´zek atd.). Da´le mohou deˇdit po abstraktnı´trˇı´deˇActor, ktera´je prˇedkem objektu˚ umist’ovanyćh do hernı´ho plańu. Tyto objekty musıímplementovat abstraktnı´metodu act(), ktera´se nad kazˇdou instancı´v hernı´m plańu vykona´va´v pravidelne´m cyklu. Cely´framework je prˇichystań tak, zˇe lze opravdu velmi rychle vytvorˇit pouzˇi- telnou aplikaci s graficky´m rozhranı´m. Dı´ky tomu je vyúka pro studenty vy´razneˇ atraktivneˇjsˇıá prˇı´ma´. Jednotlive´koncepty objektove´ho prˇı´stupu lze demonstrovat na praktickeúka´zce, anizˇby to vyzˇadovalo velke´vstupnı´znalosti, funguje automaticke´ doplnˇovańı´ko´du i rezˇim dokumentace JavaDoc. Pomocne´trˇı´dy odstinˇujıńeˇktere´

62 4. VY´ VOJOVA´ A VY´ UKOVA´ PROSTRˇ EDI´ slozˇiteˇjsˇı´koncepty (ovla´dańı´kla´vesnice a mysˇi, obra´zky) pomocı´jednoduchyćh metod. Toto prostrˇedı´ programujı´ autorˇi prostrˇedı´ BlueJ. Je take´ zdarma a multiplat- formnı´, dostupne´ ze strańek http://greenfoot.org. Podobneˇ jako Scratch umozˇnˇuje vy´sledny´projekt nahra´t na server. Na strańkaćh Greenfootu je (prˇestozˇe jde o pomeˇrneˇnovy´projekt) velke´mnozˇstvı´zpracovanyćh u´loh, z nichzˇneˇktere´ poskytujıáutorˇi vcˇetneˇzdrojove´ho ko´du. Komunita je zde velmi silnaá lze ocˇeka´vat jesˇteˇveˇtsˇı´rozvoj. Pro pocˇa´tecˇnı´vyúku objektove´ho programovańı´v Javeˇlze Gre- enfoot jednoznacˇneˇdoporucˇit, bylo by ale vhodne´pozdeˇji prˇejı´t na BlueJ nebo jina´ prostrˇedı´, kterańejsou cı´leneˇurcˇena´pro tvorbu jednoduchyćh her, prˇedevsˇı´m proto, aby zˇaći nezı´skali dojem, zˇe beˇzˇne´programy beˇzˇıćyklicky´m volańı´m jedne´metody v trˇı´deˇ.

4.9 Dev-C++

Oblı´bene´vy´vojove´prostrˇedı´pro MS Windows a jazyky C a C++. Jizˇdelsˇı´dobu nenı´vyvı´jeno, prˇesto je sta´le vcelku dobrou volbou. Maíntegrovany´kompila´tor, debugger, automaticke´ doplnˇovańı´ ko´du. Uzˇitecˇna´ je i mozˇnost stahovat balıćˇky s knihovnami ze strańek http://devpaks.org, takzˇe je instalace novyćh knihoven (naprˇı´klad pro graficke´projekty nebo multimedia) velice jednoducha´. Prostrˇedı´je k dispozici zdarma, vhodne´prˇedevsˇı´m pro zacˇıńajıćı´starsˇı´studenty strˇednıćh sˇkol.

4.10 MS Visual Studio Express

Firma Microsoft nabı´zı´kromeˇkomercˇnı´verze zna´me´ho MS Visual Studia i jeho odlehcˇenou verzi zdarma v sadeˇExpress. Ta obsahuje IDE pro jazyky Visual Basic, C++ a C#. Placene´verze Visual Studia jsou v praxi jednı´m z nejrozsˇı´rˇeneˇjsˇıćh IDE s velmi sˇirokou sˇka´lou funkcı´, jeho odlehcˇena´verze Express ma´vsˇak mozˇnosti velmi omezene´(komentuji verzi 2010). Omezenı´kompila´toru pouze na 32bitoveáplikace prˇi vyúce nejspı´sˇnepozna´me, podobneˇodstraneˇnı´funkcı´vzda´lene´ho debuggingu nebo na´vrha´rˇtrˇı´d nebudou prˇı´lisˇchybeˇt. Neprˇı´jemna´je vsˇak podpora doplnˇovańı´ko´du pouze pro konzoloveáplikace ve Win32 rezˇimu. To znamena´, zˇe v zˇa´dne´m projektu s okny nefunguje doplnˇovańı´ ko´du, cozˇbude programovańıáplikacı´v GUI znacˇneˇzpomalovat. Takećhybıéditor zdroju˚(soubory s koncovkou .rc). Prˇesto naprˇı´klad grafickyńa´vrha´rˇGUI je prˇı´tomny´, debugger ma´pro vyúku postacˇujıćı´funkce. Starsˇı´m studentu˚m lze toto prostrˇedı´ doporucˇit.

63 4. VY´ VOJOVA´ A VY´ UKOVA´ PROSTRˇ EDI´

4.11 Netbeans

Netbeans je IDE zna´me´prˇedevsˇı´m jako v praxi beˇzˇneˇpouzˇı´vana´volba programa´toru˚v Javeˇ. Pomocı´pluginu˚vsˇak podporuje i C/C++, PHP a dalsˇı´jazyky, pouzˇı´va´ se i pro webove´technologie (JSP strańky, Java Struts apod.). Samotne´prostrˇedı´je napsane´v Javeˇ, takzˇe je multiplatformnıá sˇı´rˇene´je zdarma. Nabı´zıópravdu komplexnı´funkcionalitu, od beˇzˇnyćh vlastnostı´jako je doplnˇo- vańı´ko´du nebo debugger, azˇke graficke´mu na´vrhu okennıćh aplikacı´, spra´veˇverzı´ na vzda´lene´m serveru, podporˇe databa´zı´, profiler, podporu ty´move´praće. Pro zacˇa´tecˇnı´ky je IDE Netbeans prˇı´lisˇ slozˇite´ a cˇasto se ztraćejı´ v rozsa´hle´m menu. Je vhodne´, aby zacˇali s jednodusˇsˇı´m prostrˇedı´m a k Netbeans se propracovali. Budeme-li ucˇit programovańı´v Javeˇ, je idea´lnı´zacˇı´t prostrˇedı´m Greenfoot, podle schopnostıá veˇku zˇa´ku˚prˇejı´t na BlueJ a s pokrocˇily´mi studenty a maturanty prˇejı´t u veˇtsˇıćh projektu˚na Netbeans.

64 Kapitola 5 Prˇı´pravypro semina´rˇprogramova´nı´

V te´to kapitole uvedene´prˇı´pravy jsou urcˇeny pro vyúku semina´rˇe z programo- vańıńa gymna´ziu, ale jisteˇmohou poslouzˇit prˇinejmensˇı´m jako inspirace i pro vyúku na jinyćh typech sˇkol. Prˇedpokla´da´m semina´rˇurcˇeny´pro vysˇsˇı´stupenˇgymna´zia, idea´lneˇprˇiblizˇneˇprvnıńebo druhy´rocˇnı´k cˇtyrˇlete´ho studia. Semina´rˇma´dotaci 2 hodiny ty´dneˇ, proto budou prˇı´pravy rozdeˇleny do „lekcı´“ v de´lce jeden a pu˚l hodiny. Z osobnı´ zkusˇenosti bych ale doporucˇoval semina´rˇ zarˇazovat po skoncˇenı´ rˇa´dne´ vyúky, protozˇe prˇi individua´lnı´m prˇı´stupu je zcela beˇzˇne´po skoncˇenı´vyúky jesˇteˇ konzultovat nedorˇesˇene´proble´my. Prˇi te´to dotaci vycha´zı´podle sta´vajıćı´legislativy na sˇkolnı´rok maxima´lneˇ40 lekcı´, rea´lneˇlze (vzhledem ke sva´tku˚m, vy´letu˚m, ma- turita´m a podobny´m akcı´m) ocˇeka´vat prˇiblizˇneˇ35 lekcı´. Za´kladnı´la´tka je probrańa beˇhem u´vodnıćh necelyćh 15 lekcı´, zbyle´lekce jsou urcˇeny pro praći na projektech a procvicˇovańı´. Teorie by tedy meˇla by´t probrańa prˇed koncem prvnı´ho pololetı´, cozˇ sice omezuje prostor pro procvicˇovańı´ a klade velke´ na´roky na soustrˇedeˇnı´ studentu˚, v praxi se mi ale takovy´prˇı´stup osveˇdcˇil prˇi vyúce jazyka C. Studenti v te- oretickyćh hodinaćh zı´skajı´spı´sˇe obecny´prˇehled a detaily si oveˇrˇıázˇna projektech, kde le´pe vyniknou prakticke´proble´my, ktereńa sˇkolskyćh vzorovyćh prˇı´kladech snadno zaniknou. Za´rovenˇdocha´zı´k neusta´le´mu opakovańı´v pru˚beˇhu zpracovańı´ jednotlivyćh projektu˚, cozˇpodporuje lepsˇı´zapamatovańı´. La´tka semina´rˇe je rˇazena prˇı´stupem OOM-first, resp. OOP-first, pouze prvnı´dveˇ lekce budou veˇnovańy algoritmizaci v jazyce Karel (cozˇvede na strukturovane´paradigma), jelikozˇalgoritmizace by meˇla by´t zarˇazena podle ra´mcove´ho vzdeˇla´vacı´ho programu beˇhem rˇa´dne´vyúky, cozˇse ale v praxi veˇtsˇinou nedeˇje. Znalost vy´vo- jovyćh diagramu˚nebo diagramu˚Nassi-Shneidermann povazˇuji za nezbytnou pro snadneá korektnıúvazˇovańıó metodaćh objektu˚. Bylo by tedy mozˇne´tuto kapitolu zarˇadit azˇprˇed vyúku metod. Nicmeńeˇse domnı´va´m, zˇe jazyk Karel svou triviali- tou prˇi rozsahu dvou lekcıńijak za´sadneˇneovlivnıóbjektoveúvazˇovańı´studentu˚ smeˇrem ke strukturovane´mu, bude vhodnou u´vodnı´motivacıá za´rovenˇumozˇnı´ vyucˇujıćı´mu udeˇlat si velmi rychle prˇiblizˇnou prˇedstavu o studentech z hlediska algoritmicke´ho a abstraktnı´ho uvazˇovańı´, systematicˇnosti praće a osobnıćh ocˇeka´vańı´ od vyúky programovańı´. Vy´vojove´diagramy rˇesˇenıí ko´d pro nahrańı´do prostrˇedı´ http://karel.oldium.net je na prˇilozˇene´m CD, stejneˇjako neˇktere´rozpracovane´prˇı´klady pro Greenfoot. Semina´rˇje vzhledem k objektove´mu paradigmatu prˇipraven v jazyce Java. Tuto volbu ovlivnila (ze vsˇech hodnocenyćh parametru˚jazyku˚) prˇedevsˇı´m sˇı´rˇe dostup-

65 5. PRˇ I´PRAVY PRO SEMINA´ Rˇ PROGRAMOVA´ NI´ nyćh vyúkovyćh prostrˇedıá materia´lu˚, da´le multiplatformnost a kvalita dokumentace a knihoven. Lze ovsˇem doporucˇit – v prˇı´padeˇdostatku cˇasu ke konci roku – zarˇazenı´lekcı´v jinyćh jazycıćh (naprˇ. Python), ktere´by studentu˚m prˇiblı´zˇily za´- kladnı´rozdı´ly a ve kteryćh by si vyzkousˇeli u´pravu ko´du v jine´m jazyce, aby nebyli striktneˇ va´zańi na jeden jazyk, ale byli schopni volit jazyk podle potrˇeby (cozˇ je du˚lezˇita´vlastnost programa´tora). V pru˚beˇhu semina´rˇe jsou voleny ru˚zne´metodiky vy´voje i vyúky, nejvıće se vy- uzˇı´va´problem based learning a agilnı´metodiky. Minima´lneˇv u´vodnıćh hodinaćh je potrˇeba kla´st velky´du˚raz na u´vodnı´fa´zi analy´zy (kreslenı´diagramu˚apod.), aby si studenti nenavykli pracovat metodou pokus-omyl, ale systematicky prˇemy´sˇlet a prˇedvı´dat chovańı´pocˇı´tacˇe. Proto je nezbytne´, aby si sesˇit nevedli v elektronicke´, ale v papı´rove´podobeˇ. Vzhledem k rozsahu diplomove´praće nenı´mozˇne´vsˇechny lekce rozebrat zcela do detailu˚, proto jsem zvolil vy´beˇr u´vodnıćh lekcı´ doplneˇny´ o na´vrhy mozˇnyćh te´mat projektu˚a pozna´mky k jejich rˇesˇenı´. Porˇadıí na´plnˇlekcı´jsou pouze doporucˇe- nı´m. Prˇedpokla´da´m, zˇe kazˇdy´pedagog uzpu˚sobı´vyúku potrˇeba´m svyćh studentu˚a v prˇı´padeˇveˇtsˇıćh proble´mu˚s porozumeˇnı´m prˇi rychle´m tempu vy´kladu adekva´tneˇ zpomalıćˇi prˇidaúka´zkoveú´koly. Lekce neobsahujı´zˇa´dne´formy zkousˇenı´znalostı´studentu˚. U volitelnyćh semina´rˇu˚uprˇednostnˇuji aktivnı´kontrolu odvedene´praće v hodineˇnebo odevzda´vańı´ rˇesˇenıú´kolu˚ze samostatneí skupinove´praće. Mu˚zˇe by´t zˇa´doucıńa zacˇa´tku kazˇde´ lekce zarˇadit kra´tky´ test faktickyćh znalostı´ nebo opravenı´ cˇi doplneˇnı´ kra´tke´ho snippetu, cˇı´mzˇse vyúka prˇı´lisˇnezdrzˇıá za´rovenˇstudenti i ucˇitel zı´skajı´zpeˇtnou vazbu.

1. lekce – Terminologie a algoritmizace

Te´ma: Za´kladnı´terminologie a u´vod do algoritmizace. Cı´l: Naucˇit studenty nezbytnou terminologii a jejıáplikaci na jednoduchyćh algoritmizacˇnıćh u´lohaćh. Sezna´menı´s vy´- vojovy´mi diagramy a jazykem Karel. Technologie: Interpret jazyka Karel (http://karel.oldium.net/), prˇı´padneˇna´stroj pro kreslenı´diagramu˚. Metodika: individua´lnı´ a kolektivnı´ praće, programovańı´ na papı´r, programming from scratch Pozna´mky: Tuto lekci je mozˇneúcˇit za peˇkne´ho pocˇası´venku bez pocˇı´- tacˇe nebo s notebookem.

Po u´vodnıćh organizacˇnıćh instrukcıćh (kla´st du˚raz na za´pisky v papı´rove´formeˇ, nejle´pe cˇtverecˇkovany´forma´t A4) na´sleduje sezna´menı´s terminologiı´. Na strˇedosˇkol- skeú´rovni jsou vhodneˇjsˇı´pseudo-forma´lnı´definice vedoucı´k lepsˇı´mu porozumeˇnı´,

66 5. PRˇ I´PRAVY PRO SEMINA´ Rˇ PROGRAMOVA´ NI´ ale je nutne´, aby byly korektnı´. Probereme na´sledujı´cı´termı´ny (je mozˇne´, aby si je studenti psali z druhe´strany sesˇitu, jelikozˇbudou prˇiby´vat dalsˇı´):

• programovańı´– tvorba programu od na´vrhu prˇes testovańıázˇpo odstraneˇnı´ chyb a uvolneˇnı´k pouzˇı´vańı´ (zdu˚raznit vy´znam jednotlivyćh fa´zı´)

• program – ko´d v pocˇı´tacˇi vykona´vajıćıúrcˇitou specifickou (programa´torem naprogramovanou) cˇinnost; forma´lneˇji: v programovacı´m jazyce zapsany´(implementovany´) algoritmus

• programovacı´jazyk – jazyk (soubor slov s dany´m vy´znamem (se´mantika) a pravidly, jak je zapisovat (syntax)), pomocı´ktere´ho lze prˇesneˇa jednoznacˇneˇ zapsat program

– prˇekla´dany´ jazyk – zapsany´ text je nutne´ prˇelozˇit specia´lnı´m programem – prˇekladacˇem – do tzv. spustitelne´(bina´rnı´) podoby, kterou lze na pocˇı´tacˇi spousˇteˇt – interpretovany´jazyk – zapsany´text (zde skript) se prˇeda´k vykona´nı´ specia´lnı´mu programu – interpretu, ktery´jej postupneˇcˇte a vykona´va´ (bez interpretu nelze skript prova´deˇt, tj. spousˇteˇt)

• algoritmus – prˇesny´postup rˇesˇenı´proble´mu/u´kolu

Termıńy je vhodne´projı´t opakovaneˇ, jednak kvu˚li pochopenıá zapamatovańı´, ale prˇedevsˇı´m proto, aby se uka´zala jejich vza´jemna´souvislost. Na´sleduje teoreticky´ prˇı´klad.

Prˇı´klad1: varˇenı´cˇaje

(forma samostatne´praće a ucˇitelem moderovane´diskuse) Necha´me studenty kratsˇı´dobu (5 minut) vymyslet a zapsat postup neboli algoritmus varˇenıćˇaje. Uzˇv pru˚beˇhu praće by bystrˇejsˇı´studenti meˇli upozornit, zˇe nevı´jake´dovednosti (prˇı´kazy) mohou prˇedpokla´dat, zˇe cˇloveˇk umı´. Meˇli bychom naprˇ. specifikovat, zˇe cˇloveˇk jesˇteˇneumıćˇaj uvarˇit a nelze mu tedy jako „algoritmus“ prˇedlozˇit jediny´prˇı´kaz Uvarˇcˇaj. Diskutujeme ru˚zne´mozˇne´postupy varˇenı´ vody (ve varne´konvici, na spora´ku, na ohni): studenti si zapı´sˇı´pojem dekompozice1 – rozcˇleneˇnıú´kolu na mensˇı´, dı´lcˇıćelky, ktere´vyrˇesˇı´me zvla´sˇt’a jsou snazsˇıńa rˇesˇenı´. Navrzˇene´postupy studentu˚zhodnotı´me a na´sledneˇzakreslı´me pomocı´vy´vojove´ho nebo N-S diagramu. Diagram studentu˚m prˇedstavı´me jako grafickou reprezentaci algoritmu, kterou lze na´sledneˇprˇepsat do neˇktere´ho programovacı´ho jazyka. Vsˇechny prvky diagramu

1. v ra´mci vsˇeobecne´ho rozvoje studentu˚a meziprˇedmeˇtovy´ch vazeb mu˚zˇeme zmı´nit latinsky´pu˚vod slova: prˇedpona de- = od; prˇedpona con- = dohromady, s; sloveso pono, ponere, posui, positum = pokla´dat

67 5. PRˇ I´PRAVY PRO SEMINA´ Rˇ PROGRAMOVA´ NI´ zatı´m pouzˇı´va´me intuitivneˇ, ale jejich vy´znam a zpu˚sob zakreslenı´du˚sledneˇkomen- tujeme. Obzvla´sˇt’du˚lezˇite´je na´zorneˇvysveˇtlit (prˇedve´st) jak se algoritmus krok za krokem (sekvencˇneˇ) vykona´vaá zdu˚raznit na prˇı´kladech rozdı´l mezi podmıńkou a cyklem, jakmile se v diagramech objevı´, aby mezi nimi studenti rozlisˇovali od prvo- pocˇa´tku (zacˇa´tecˇnıći cˇasto nahrazujıćyklus podmıńkou nebo si neuveˇdomujı´riziko zacyklenı´). Nynıńa zakreslene´m algoritmu oveˇrˇı´me vlastnosti, ktere´by meˇl algoritmus spl- nˇovat. Seznam vlastnostıálgoritmu˚se v ru˚zne´literaturˇe lisˇı´, ale obecneˇby nemeˇly by´t opomenuty tyto:

1. konecˇnost (ﬁnitivnost) – algoritmus po konecˇne´m pocˇtu kroku˚vzˇdy urcˇiteˇ skoncˇı´(naprˇ. nedojde k uvı´znutı´v cyklu, tedy zacyklenı´)

2. obecnost (hromadnost, univerzalita) – algoritmus je mozˇneáplikovat na libovolne´vstupnı´hodnoty z mnozˇiny povolenyćh vstupnıćh hodnot2

3. determinovanost – pro stejne´vstupnı´podmıńky vracıálgoritmus vzˇdy stejny´ (prˇedem dany´) vy´sledek (s pokrocˇily´mi studenty s programa´torskou praxı´lze zrovna diskutovat proble´m generovańıńa´hodnyćh, resp. pseudona´hodnyćh cˇı´sel a zmıńit, zˇe „na´hodna´ cˇı´sla“ jsou vzˇdy zcela deterministicky volena z cˇı´selne´rˇady a je-li genera´tor na´hodnyćh cˇı´sel inicializovań stejnou hodnotou, dosta´va´me stejnou posloupnost cˇı´sel)

4. rezultativnost – vede k neˇjake´mu vy´sledku (ve vztahu ke vstupu) – studentu˚m lze prˇiblı´zˇit spı´sˇe jako „neˇco deˇla´, neˇco zmeˇnı´“ nezˇzˇe nutneˇmusı´pocˇı´tat

5. korektnost – vy´sledek cˇi provedenaćˇinnost musıódpovı´dat vstupnı´m hodnota´m a u´kolu, ktery´maálgoritmus rˇesˇit

6. efektivnost – algoritmus by meˇl k vy´sledku dojı´t efektivnı´m zpu˚sobem (prˇi- meˇrˇeneˇrychle a s prˇimeˇrˇeny´mi na´roky na pameˇt’apod.)

V za´vislosti na pokrocˇilosti a pochopenı´la´tky studenty, mu˚zˇeme zarˇadit dalsˇı´ podobnaćvicˇenı´: algoritmus cˇinnosti automatu na jı´zdenky, algoritmus dodańı´do- porucˇene´ho dopisu apod. Lepsˇı´ ale bude od abstraktnıćh popisu˚ prˇejı´t ihned ke konkre´tnı´mu, byt’trivia´lnı´mu, jazyku Karel s u´vodnı´mi u´lohami, ktereńebude teˇzˇke´ ani zakreslit ani prˇepsat. Vsˇechny u´lohy rˇesˇı´studenti nejprve bez pocˇı´tacˇe formou diagramu, teprve po zkontrolovańı´prˇepı´sˇı´do pocˇı´tacˇe nebo prˇi vyúce venku mohou rucˇneˇkrokovat na papı´rove´m hernı´m plańu s figurkou (to lze doporucˇit i v ucˇebneˇ s pocˇı´tacˇi). Prˇi tom neopomeneme zdu˚raznit, zˇe jazyk Karel je interpretovany´ a jeho interpretem je v nasˇem prˇı´padeˇzmıńeˇna´webova´strańka (resp. aplikace v Ja- vaScriptu).

2. Tento doveˇtek je nutny´: je v porˇa´dku, pokud algoritmus pro scˇı´tańıńefunguje korektneˇpro za´porna´ cˇı´sla, jsou-li mnozˇinou povolenyćh vstupu˚ prˇirozena´ cˇı´sla. Nenı´ to v porˇa´dku, jsou-li povoleny´m vstupem cˇı´sla z mnozˇiny celyćh cˇı´sel.

68 5. PRˇ I´PRAVY PRO SEMINA´ Rˇ PROGRAMOVA´ NI´

U´ koly jsou serˇazeny podle obtı´zˇnosti, s na´vaznostıńa vyuzˇitı´jizˇnaprogramo- vanyćh funkcı´. Vyuzˇı´va´ se interpret na strańkaćh http://karel.oldium.net vcˇetneˇjeho syntaxe a nabı´dky prˇı´kazu˚(nedoporucˇuji interprety, ktere´majı´veˇtsˇı´po- cˇa´tecˇnı´slovnı´k). V prˇı´padeˇpotrˇeby lze dalsˇıú´koly cˇerpat naprˇ. z [5]. Tyto u´koly necht’ rˇesˇı´studenti samostatneˇs na´slednou diskusı´(vcˇetneˇoveˇrˇenı´vlastnostıálgoritmu) v prˇı´padeˇpotrˇeby. (Rˇ esˇenı´jsou prˇilozˇena na CD.)

Prˇı´kladA1 – Otocˇenı´vpravo; prˇı´kaz VPRAVO

U´ vodnı´ trivia´lnı´ prˇı´klad. Rˇ esˇenı´ spocˇı´va´ ve trˇech po sobeˇ jdoucıćh otocˇenıćh vlevo. Mu˚zˇeme vyuzˇı´t i prˇı´kazy RYCHLE a POMALU, ktery´mi zajistı´me provedenı´ otocˇek, anizˇby byly prˇi vykona´vańı´prˇı´kazu videˇt. Jako mı´rne´vylepsˇenıópravı´me funkci pouzˇitı´m prˇı´kazu cyklu OPAKUJ 3-kra´t.

Prˇı´kladA2 – Otocˇenı´vzad; prˇı´kaz VZAD

Smyslem prˇı´kladu je diskuse nad mozˇnostıímplementovat otocˇenı´vzad jako dveˇ otocˇky vlevo nebo vpravo. Obeˇimplementace akceptujeme, ale zdu˚raznı´me, zˇe dveˇ otocˇky vpravo jsou vy´razneˇmeńeˇefektivnı´, byt’spra´vne´. Zmıńı´me pojmy profiler3 a refaktoring4. Pouzˇitıćyklu OPAKUJ 2-kra´t komentujeme jako zbytecˇne´.

Prˇı´kladA3 – Dojdi ke zdi; prˇı´kaz KE ZDI

Prˇı´klad na sezna´menı´s cyklem s podmıńkou, prˇı´kaz DOKUD. Lze ocˇeka´vat, zˇe mnozı´studenti pouzˇijıćyklus OPAKUJ 9-kra´t nebo deveˇt po sobeˇjdoucıćh prˇı´kazu˚ KROK. To jsou ale sˇpatna´rˇesˇenı´, jelikozˇnesplnˇujı´podmıńku obecnosti – prˇi umı´steˇnı´ robota tak, zˇe prˇed sebou nema´pra´veˇ9 volnyćh polı´, nebudou fungovat.

Prˇı´kladA4 – Otocˇse nahoru (na sever); prˇı´kaz NAHORU

Opeˇt prˇı´klad na cyklus s podmı´nkou. Pouzˇitı´cyklu DOKUD NENI´ SEVER studentu˚m neprozrazujeme, necha´me je pracovat s na´poveˇdou interpretu.

Prˇı´kladA5 – Opevni se; prˇı´kaz OPEVNI SE

U´ kolem je, aby robot vyskla´dal na polıćˇka sousedıćı´(i diagona´lneˇ) s jeho pozicı´ znacˇky (8 na kazˇde´pole) a pak se vra´til do pu˚vodnı´pozice. Povolene´vstupnı´hodnoty jsou: robot stojı´libovolneˇotocˇenyńa libovolne´m polıćˇku, ktere´je v kazˇde´m smeˇru vzda´leno ode zdi alesponˇjedno pole.

3. profiler – program urcˇeny´k meˇrˇenı´rychlosti vykona´vańıćˇa´stı´ko´du 4. refaktoring – (lat. prˇedpona re- = znovu; sloveso facio, facere, feci, factum = deˇlat, konat, tvorˇit) opeˇtovne´prˇeprogramovańıú´seku ko´du tak, aby le´pe nebo rychleji fungoval (optimalizace) a/nebo aby byl le´pe cˇitelny´

69 5. PRˇ I´PRAVY PRO SEMINA´ Rˇ PROGRAMOVA´ NI´

Nejprve akceptujeme rˇesˇenı´tvorˇene´pouze jednou novou funkcı´, poteńavrhneme dekompozici s pouzˇitı´m funkcı´ POLOZˇ8ZNACˇEK, ktera´zaskla´daćele´polıćˇko 8 znacˇ- kami), a VAL3POLE, ktera´bude tvorˇit trˇı´polıćˇkovy´„val“ ze znacˇek. Diskutujeme, zda druha´funkce nenı´zbytecˇna´prˇi daneú´rovni slozˇitosti ko´du.

Prˇı´kazy z te´to lekce by si studenti meˇli ulozˇit, protozˇe na neˇbudou v prˇı´sˇtı´lekci navazovat.

2. lekce – Algoritmizace

Te´ma: Prˇı´klady z algoritmizace v jazyce Karel, za´pis algoritmu vy´vojovy´m nebo N-S diagramem. Cı´l: Procvicˇenı´slozˇiteˇjsˇıćh algoritmizacˇnıćh u´kolu˚; cykly, pod- mıńky, dekompozice. Technologie: Interpret jazyka Karel (http://karel.oldium.net/), prˇı´padneˇna´stroj pro kreslenı´diagramu˚. Metodika: individua´lnı´ a kolektivnı´ praće, programovańı´ na papı´r, programming from scratch Pozna´mky: Tuto lekci je mozˇneúcˇit za peˇkne´ho pocˇası´venku bez pocˇı´- tacˇe nebo s notebookem.

V te´to lekci pokracˇujeme individua´lnı´m programovańı´m, nejprve diagramy na papı´r, na´sledneˇprˇepsańı´do jazyka Karel. U slozˇiteˇjsˇıćh u´loh mu˚zˇeme vyuzˇı´t i pa´rove´ nebo skupinove´programovańı´, nicmeńeˇvzhledem k tomu, zˇe jde o u´vodnı´te´ma, bude lepsˇı´, aby studenti zatı´m procvicˇovali individua´lneˇ. V prˇı´padeˇobtı´zˇıńejprve radı´me jen obecny´postup (naprˇ. „hodilo by se pouzˇı´t neˇjakyćyklus“ nebo „bude vhodne´pracovat po rˇa´dcıćh“), je-li ve studentoveˇalgoritmu chyba, necha´me ho jej krokovat, aby chybu sa´m odhalil. Je velmi vhodne´zkusit neˇktere´prˇı´klady spolecˇneˇna papı´rove´m modelu nebo prˇi dostatku prostoru nazˇivo se studentem, ktery´bude prˇedstavovat robota. Zadańı´mu˚- zˇeme prˇipravit pro kazˇde´ho studenta na papı´r, abychom se nezdrzˇovali zada´vańı´m a meˇli vıće cˇasu na kontrolu. U prˇı´kladu A9 doporucˇuji udeˇlat pauzu v individua´l- nı´m rˇesˇenıá prvnı´verzi vyrˇesˇit kolektivneˇ. Je-li neˇkdo ze studentu˚vy´razneˇnaprˇed oproti ostatnı´m, pomu˚zˇe vyucˇujıćı´mu s kontrolou ostatnıćh. Nesmı´vsˇak prozrazovat rˇesˇenı´, pouze upozornit na chybu, vysveˇtlit jejı´prˇıćˇinu a zkontrolovat opravu.

Prˇı´kladA6 – Jdi do rohu; prˇı´kaz VLEVO DOLU˚

U´ kol slouzˇı´k zopakovańıćyklu˚a dekompozice. Student ma´zajistit, aby se robot prˇesunul do leve´ho dolnı´ho rohu zcela bez ohledu na pu˚vodnı´pozici. Prˇedpokla´da´ se, zˇe v hernı´m plańu nejsou rozmı´steˇne´zdi.

70 5. PRˇ I´PRAVY PRO SEMINA´ Rˇ PROGRAMOVA´ NI´

Rˇ esˇenı´v jedne´funkci s neˇkolika cykly je sice akceptovatelne´, ale studenty navedeme k vyuzˇitı´jizˇdrˇı´ve prˇipravene´ho ko´du (zmıńı´me znovupouzˇitelnost ko´du, jeden ze za´kladnıćh principu˚objektove´ho programovańıá spra´vnyćh programa´torskyćh zvyklostı´ neprogramovat neusta´le dokola tote´zˇ, ale vyuzˇı´vat jizˇ hotove´ stavebnı´ prvky). Hodit se budou prˇı´kazy KE ZDI a NAHORU nebo z hlediska efektivity jeho u´prava DOLU˚.

Prˇı´kladA7 – Tanec; prˇı´kaz TANEC

Necha´me robota tancˇit, tedy pohybovat se cyklicky s urcˇity´m vzorcem. Tanec bude trˇı´dobyá bude sesta´vat ze za´kladnı´ho kroku a otocˇky. Za´kladnı´krok ma´tvar: krok vprˇed, krok vzad, krok stranou (vpravo). Pro krok vzad a stranou je nutne´ pouzˇı´vat prˇı´kazy RYCHLE a POMALU, aby se skrylo otaćˇenı´se a u´krok byl opravdu na jednu dobu. Upozornı´me na neˇstudenty. Otocˇka spocˇı´va´v kroku vprˇed, otocˇenı´ vlevo a kroku vzad. Cely´ tanec pak tvorˇı´ prˇejitı´ na vyćhozı´ pozici („od stolu na parket“) 3 kroky vprˇed a 3 kroky vzhu˚ru, da´le 3 za´kladnı´kroky na´sledovaneótocˇkou opakovanećelkem cˇtyrˇikra´t (tedy robot tancˇı´do cˇtverce). Cely´tanec (bez prˇejitıńa vyćhozı´pozici) opakuje peˇtkra´t. Prˇı´klad je zameˇrˇen na vnorˇenećykly, v tomto prˇı´padeˇcykly OPAKUJ. Digram je v tomto prˇı´padeˇvhodne´tvorˇit inkrementacˇneˇ, nejprve od kombinace 3 za´kladnı´ kroky a otocˇka, prˇidańı´m te´to cˇa´sti do cyklu a pote´zaobalenı´m cele´za´kladnı´(cˇtver- cove´) sestavy do cyklu peˇtina´sobne´ho opakovańı´. Pocˇa´tecˇnı´pozice je vzˇdy v leve´m dolnı´m rohu cˇelem vpravo.

Prˇı´kladA8 – Vyskla´dat znacˇky; prˇı´kaz POLOZˇ VSˇUDE

Robot z libovolne´pocˇa´tecˇnı´pozice a natocˇenı´zaskla´daćely´hernı´plań 8 znacˇkami na kazˇde´m polıćˇku. Prˇitom je nutne´pocˇı´tat s tı´m, zˇe prˇi prave´m okraji mohou by´t umı´steˇna polıćˇka se zdı´(tj. zed’ mu˚zˇe by´t ve smeˇru zleva doprava umı´steˇna drˇı´ve nezˇpo 10 polıćh). Vzhledem k umı´steˇnı´ zdı´ vpravo, nelze pouzˇı´t vyplnˇovańı´ strˇı´daveˇ zleva a zprava, ale je nutne´jı´t vzˇdy zleva a pak se opeˇt vra´tit. Prˇı´kaz KE ZDI z minule´hodiny lze pouzˇı´t pro na´vrat, je vhodne´prˇimeˇt studenty,aby pouzˇili v ra´mci dekompozice samostatnou funkci na vyplneˇnı´1 rˇa´dku, at’uzˇs na´vratem (POLOZˇ ZNACˇKY DO RˇA´DKU) nebo bez na´vratu (POKLA´DEJ KE ZDI). Prˇesto prˇi kontrole diagramu upozornı´me na prˇı´tomnost vnorˇenıćyklu˚do sebe (byt’je zakryto volańı´m jine´ho prˇı´kazu, ktery´ teprve cyklus obsahuje).

Prˇı´kladA9 – Vysbı´ratvsˇechny znacˇky; prˇı´kazy SEBER VSˇUDE ZNACˇKU, SEBER VSˇECHNY ZNACˇKY a SEBER ZNACˇKY NECHEJ 1

U´ kol se skla´da´ze za´kladnı´verze, ve ktere´robot sebere z kazˇde´ho polı´cˇka na ktere´m se nacha´zı´ alesponˇ 1 znacˇka pra´veˇ 1 znacˇku (tedy snı´zˇı´ pocˇet znacˇek na

71 5. PRˇ I´PRAVY PRO SEMINA´ Rˇ PROGRAMOVA´ NI´ kazˇde´m poli o jednu). Tuto cˇa´st rˇesˇı´me kolektivneˇpod vedenı´m vyucˇujıćı´ho, ktery´ kreslı´diagram na tabuli (nebo jej necha´zakreslit neˇkoho ze studentu˚, ktere´mu diktujı´ spoluzˇaći). V prˇı´kladu se poprveóbjevı´podmıńka, jejı´zˇpouzˇitı´musı´vyucˇujıćı´– zatı´m jen intuitivneˇ– vysveˇtlit. Du˚lezˇite´bude prˇedve´st zakreslenı´ve vy´vojove´m diagramu a upozornit, zˇe podmıńka ma´vzˇdy nejvy´sˇe dveˇmozˇnosti. Ko´d se vykona´pouze tehdy, byla-li podmıńka splneˇna a vykona´se pra´veˇjednou. Toto je nutne´zdu˚raznit, aby nedocha´zelo k za´meˇneˇs podmıńeˇny´m cyklem. Z tohoto du˚vodu byly takećykly za- rˇazeny v prˇı´kladech drˇı´ve, jelikozˇze zkusˇenosti plyne, zˇe v opacˇne´m porˇadı´studenti ra´di zameˇnˇujı´podmıńeˇnyćyklus za podmıńku. Na´sledujıćı´dveˇvariace na za´kladnıú´kol necht’uzˇstudenti zpracova´vajı´sami (ve zdatneˇjsˇı´skupineˇmohou i bez kreslenı´diagramu˚). Prvnı´z nich prˇida´vaódstraneˇnı´ vsˇech znacˇek mı´sto jedne´. Neˇkterˇı´studenti jisteˇponechajı´podmıńku z prˇedchozı´ verze a do nı´ vlozˇı´ podmıńeˇny´ cyklus. Toto rˇesˇenı´ komentujeme jako zbytecˇne´, protozˇe vlozˇenıćyklu DOKUD JE ZNACˇKA do podmıńky KDYZˇ JE ZNACˇKA je nad- bytecˇne´. Druhaú´prava spocˇı´va´v ponechańı´pra´veˇjedne´znacˇky na kazˇde´m polıćˇku, kde znacˇka byla. Jelikozˇrobot Karel neumı´pocˇı´tat a netusˇı´tedy, kolik znacˇek na poli lezˇı´, spocˇı´va´rˇesˇenı´v jednoducheú´vaze: kdyzˇneˇjake´znacˇky na poli jsou, nejprve je vsˇechny posbı´ra´m a pote´jednu opeˇt polozˇı´m. Proto rˇesˇenı´s kombinacı´podmıńky a cyklu, komentovane´v prˇedchozı´verzi jako nadbytecˇne´, nynıńadbytecˇneńenı´. V podmıńce za cyklem bude polozˇenı´znacˇky.

Prˇı´kladA10 – Dekadicky´soucˇet; prˇı´kaz SECˇTI

Acˇkoliv jazyk Karel neobsahuje promeˇnneá tedy ani aritmetiku, lze ji cˇa´stecˇneˇ implementovat. K tomu slouzˇıńa´sledujıćı´3 u´lohy a u´kol A14. Vstupem necht’je robot umı´steˇnyńa polıćˇku se znacˇkami nebo bez znacˇek, jejichzˇ pocˇet urcˇuje prvnı´scˇı´tanec (cˇlen). Na sousednı´m polıćˇku, ke ktere´mu je robot otocˇen cˇelem mohou opeˇt by´t znacˇky.Ty urcˇujı´druhy´scˇı´tanec. Trˇetı´polıćˇko necht’je pra´zdne´ a robot zde umı´stı´tolik znacˇek, kolik je soucˇet. Mu˚zˇe (musı´) prˇi tom odstranit znacˇky z prˇedchozıćh dvou polıćˇek. Algoritmus povazˇuje za vstup jen takove´pocˇty znacˇek, zˇe jejich soucˇet da´vańejvy´sˇe osm. Na´rocˇneˇjsˇı´rozsˇı´rˇenı´prˇı´kladu by doka´zalo zachovat znacˇky i na polıćh scˇı´tancu˚. (Znamenalo by to vyuzˇı´t dalsˇı´polıćˇka a prˇed zapocˇetı´m scˇı´tańı´„rozkopı´rovat“ obsah polı´scˇı´tancu˚do dvou jinyćh polıá na´sledneˇprˇenosit zpeˇt obsah jednoho ze dvou vzniklyćh polıńa pu˚vodnı´mı´sto.)

Prˇı´kladA11 – Dekadicky´rozdı´l;prˇı´kaz ODECˇTI

Prˇı´klad je podobny´prˇedchozı´mu s tı´m rozdı´lem, zˇe na prvnı´m polıćˇku urcˇuje pocˇet znacˇek mensˇenec a na druhe´m polıćˇku mensˇitel. Na trˇetı´m polıćˇku ve smeˇru natocˇenı´robota necht’pocˇet znacˇek urcˇı´rozdı´l. Z prvnıćh dvou polıćˇek robot mu˚zˇe

72 5. PRˇ I´PRAVY PRO SEMINA´ Rˇ PROGRAMOVA´ NI´

(musı´, nepracujeme-li s rozsˇı´rˇenı´m jako v minule´m prˇı´kladu) opeˇt znacˇky odstranit. Povoleny´m vstupem jsou takove´pocˇty znacˇek, aby vy´sledkem bylo cˇı´slo od nuly po osm.

Prˇı´kladA12 – Deˇlenı´dveˇma; prˇı´kaz DEˇLENO2

Na polıćˇku, na ktere´m robot stojı´, je umı´steˇny´libovolny´pocˇet znacˇek. At’robot umı´stıńa sousednı´pole, kam je otocˇenyćˇelem, tolik znacˇek, kolik je polovina (vzˇdy zaokrouhleno dolu˚).

Prˇı´kladA13 – Uklidit znacˇky; prˇı´kaz UKLIDˇ ZNACˇKY

Na hernı´m plańu jsou rozmı´steˇny znacˇky tak, zˇe v rˇa´dku jich je nejvıće 8 a na kazˇde´m poli smı´by´t nejvy´sˇe 1. Tyto znacˇky povazˇujeme za zˇidle v sa´le. Robot ma´za u´kol zˇidle uklidit a to tak, zˇe je naskla´dańa sebe po leve´straneˇsa´lu (hernı´ho plańu). Robot se ve vyćhozı´pozici mu˚zˇe nacha´zet kdekoliv v sa´le, ale musı´vzˇdy poklidit cely´sa´l. Prˇi kontrole oveˇrˇı´me prˇedevsˇı´m spra´vny´pocˇet znacˇek po leve´straneˇ(je vzˇdy soucˇtem drˇı´ve rozmı´steˇnyćh zˇidlı´), student by meˇl dojı´t k dekompozici na prˇı´kaz UKLIDˇ RˇADU a jeho cyklickeópakovańı´.

Prˇı´kladA14 – Bina´rnı´soucˇet; prˇı´kaz BIN SOUCˇET

Prˇı´klad je uka´zkou zavedenı´desetibitove´bina´rnıáritmetiky. Naucˇte robota scˇı´tat desetibitova´bina´rnıćˇı´sla. V pocˇa´tecˇnı´m postavenı´bude robot sta´t na rˇa´dku u prave´ho okraje otocˇeny´vlevo. V tomto rˇa´dku je kazˇde´polıćˇko jedna cifra bina´rnı´ho cˇı´sla. Je-li na polıćˇku alesponˇjedna znacˇka, ma´tato cifra hodnotu 1, nenı´-li, ma´hodnotu 0. Na dalsˇı´m rˇa´dku bude stejny´m zpu˚sobem zapsany´druhy´scˇı´tanec. Dalsˇı´dva rˇa´dky budou pra´zdneá robot umı´stı´do druhe´ho vy´sledek (prvnı´smı´pouzˇı´t na pomocne´ hodnoty – carry, prˇevod do vysˇsˇı´ho rˇa´du, ale vycˇistı´jej). Ze zadanıńesmı´soucˇet prˇeteći desetibitovy´rozsah (nesmı´mı´t prˇevod do 11. rˇa´du, resp. program se pro takovy´vstup nemusıćhovat korektneˇ). Pravidla bina´rnı´ho scˇı´tańı´by meˇli studenti zna´t z hodin informatiky, prˇesto zo- pakujeme: 0 a 0 (pra´zdneá pra´zdne´) je 0, 1 a 0 nebo 0 a 1 (znacˇka a pra´zdne´) je 1, 1 a 1 (dveˇznacˇky) je 0 a navıć prˇevod 1 do vysˇsˇı´ho rˇa´du. V na´sledujıćı´m rˇa´du je nutne´ prˇevod prˇicˇı´st k vy´sledku podle stejnyćh pravidel. Bude vhodneńava´deˇt studenty ke spra´vne´dekompozici: prˇı´kaz SECˇTI 2 BITY pro scˇı´tańı´2 bitu˚a PRˇICˇTI PRˇENOS pro prˇicˇı´tańı´prˇenosu. Samotny´prˇı´kaz BIN SOUCˇET bude tyto dva volat pro kazˇdou cifru. Studenti by ho meˇli konstruovat s cyklem DOKUD NENI´ ZEDˇ nikoliv OPAKUJ 10-KRA´T, jelikozˇje to univerza´lneˇjsˇı´(upozor- nı´me na defenzivnı´prˇı´stup k programovańı´, radeˇji prˇedpokla´da´me mozˇne´proble´my navıć).

73 5. PRˇ I´PRAVY PRO SEMINA´ Rˇ PROGRAMOVA´ NI´

Prˇı´kladA15 – Schody; prˇı´kaz SCHODY Robot Karel se naucˇı´vyjı´t po schodech. Hernı´plań nynı´vnı´ma´me jako pohled z boku. Robot je umı´steˇny´ v jednom ze spodnıćh rohu˚, cˇelem od zdi. Prˇed nı´m jsou vytvorˇene´schody z polıćˇek se zdmi. Je mozˇne´, aby jeden schod byl delsˇıńezˇ1 polıćˇko, ale nesmı´by´t vysˇsˇıńezˇjedno polıćˇko. Narazı´-li robot na vysˇsˇı´schod, koncˇı´ (tj. pokusı´se zvednout, ale da´l nepokracˇuje). Robot se zveda´tak, zˇe pod sebe skla´da´ znacˇky. Jakmile pod sebe polozˇı´8 znacˇek, mu˚zˇe se zvednout o pole nahoru. Studenti by meˇli automaticky pouzˇı´vat drˇı´ve naprogramovany´prˇı´kaz KE ZDI a prˇı´padneˇ POLOZˇ8ZNACˇEK. Da´le je vhodneńapsat prˇı´kaz ZVEDNI SE, ktery´v bloku RYCHLE-POMALU pootaćˇıá posune robota tak, aby se zda´lo, zˇe se opravdu zvedl o pole vy´sˇbez otocˇenı´.

Prˇı´kladA16 – Du˚m v bludisˇti; prˇı´kaz JDI DOMU Za´veˇrecˇny´prˇı´klad na procha´zenı´zaskla´dany´m prostorem vede na rekurzi. Snaha pouzˇı´t cyklus s podmıńkou bude neu´speˇsˇna´kvu˚li nutnosti kontrolovat dvojı´pod- mıńku s logicky´m opera´torem „dokud nenı´zed’ nebo du˚m“, kterou nelze v jazyce Karel pouzˇı´t. Tento prˇı´kladnenı´vhodny´pro zacˇa´tecˇnı´ky, mohl by je vıće zma´st nezˇ poucˇit. Prˇı´klad da´va´me pouze jako bonus pokrocˇilejsˇı´m studentu˚m, kterˇı´majı´prˇı´- padneˇzkusˇenost s neˇjaky´m programovacı´m jazykem jako trˇeba PHP. Upozornı´me na nevy´hodu rekurze, ktera´zateˇzˇuje pameˇt’vıće nezˇcykly (nutnostı´vytva´rˇet novy´ kontext) a hrozı´riziko opomenute´ho ukoncˇenı´, resp. ukoncˇenı´ke ktere´mu nedojde a rekurze se stane nekonecˇnou (ekvivalent zacyklenı´). Robot je umı´steˇny´v bludisˇti ktere´mańa´sledujıćı´parametry: spodnı´rˇa´dek po- cˇı´ta´me jako 1., vsˇechny liche´rˇa´dky neobsahujı´zdi (je zde jen okraj hernı´ho plańu oznacˇeny´jako zed’) a na neˇktere´m z nich je neˇkde umı´steˇny´robotu˚v domov. Na sudyćh rˇa´dcıćh jsou zdeˇne´ prˇepa´zˇky, ktere´ mohou obsahovat jeden a vıće „pru˚- chodu˚“, tedy chybeˇjıćıćh zdı´. V teˇch domov umı´steˇny´by´t nesmı´. Proto v 10. rˇa´dku jsou jizˇjen zdi bez pru˚chodu. Robot je na pocˇa´tku umı´steˇny´kdekoliv v 1. rˇa´dku a libovolneˇnatocˇeny´. U´ kolem je najı´t domov a tam zu˚stat.

Je prakticky jiste´, zˇe prˇı´klady urcˇene´pro tuto lekci za jeden a pu˚l hodiny vsˇichni studenti nestihnou. To nicˇemu nevadı´. Zbyle´prˇı´klady mu˚zˇeme pru˚beˇzˇneˇzada´vat jako nepovinne´ domaćıćvicˇenı´. Je du˚lezˇite´, aby studenti tyto prˇı´klady meˇli zadane´ nepovinneˇa bez prˇedem prˇislı´bene´ho zna´mkovańıá tedy nemeˇli du˚vod je opisovat. Nic takeńebrańı´jejich pru˚beˇzˇne´mu pouzˇitı´beˇhem na´sledujıćıćh neˇkolika lekcı´jako opakovańı´.

74 5. PRˇ I´PRAVY PRO SEMINA´ Rˇ PROGRAMOVA´ NI´

3. lekce – Za´klady OOP

Te´ma: Za´kladnı´principy OOP, deˇdicˇnost, prˇı´klady na UML. Cı´l: Sezna´menı´s pojmy objekt, trˇı´da, instance, deˇdicˇnost a interface, zakreslenı´v UML. Technologie: Greenfoot, lze pouzˇı´t takeńa´stroj na kreslenıÚML. Metodika: kolektivnıńebo ty´mova´praće Pozna´mky: Uzˇitıńa´stroje na kreslenıÚML lze doporucˇit azˇpo probrańı´ metod a atributu˚, zatı´m by studenty zdrzˇovala orientace v programu.

V u´vodu hodiny se nezdrzˇujeme opakovańı´m la´tky algoritmizace, ale mu˚zˇeme zkontrolovat zbyleú´koly zadane´k domaćı´prˇı´praveˇ. Zacˇıńa´me vysveˇtlenı´m „hierar- chie“ paradigmat. Existujı´ru˚zne´zpu˚soby jak pocˇı´tacˇi zadat u´kol k rˇesˇenı´(program). Teˇmto postupu˚m, metodika´m nebo souhrnu˚m pravidel urcˇujıćı´m z cˇeho a jak vytvorˇit program se rˇı´ka´ programovacı´paradigma (mn. cˇ. paradigmata). Zcela za´kladnı´je imperativnı´paradigma, ktere´rˇı´ka´, zˇe program je jednou dlouhou posloupnostı´prˇı´kazu˚, ktere´pocˇı´tacˇpostupneˇ(sekvencˇneˇ) vykona´va´. Mezi teˇmito prˇı´kazy se mu˚zˇe nacha´zet prˇı´kaz umozˇnˇujıćı´prˇeskocˇit na ktery´koliv jiny´rˇa´dek ko´du (goto). To obzvla´sˇteˇu veˇtsˇıćh programu˚prˇina´sˇı´snı´zˇenı´prˇehlednosti a riziko, zˇe programa´tor prˇed skokem opomene neˇjaky´prˇı´kaz a bude chybu teˇzˇko hledat. Pokud zaka´zˇeme pouzˇitı´prˇı´kazu goto a nahradı´me jej podmıńkami (viz KDYZˇ v jazyku Karel) a cykly (viz DOKUD a OPAKUJ v jazyku Karel) a zacˇneme pouzˇı´vat funkce – u´seky ko´du, ktere´pojmenujeme a pouzˇı´va´me jako nove´prˇı´kazy, dosta´va´me paradigma strukturovane´. U rozsa´hlyćh programu˚je i toto paradigma ma´lo prˇehledne´, protozˇe sta´le musı´me veˇdeˇt, ktera´funkce je k cˇemu urcˇena, jak pracuje a co meˇnı´. Pouzˇijeme proto paradigma objektove´ (zkratka OOP), ktere´jednotlivećˇa´sti programu rozdeˇlıńa samostatne´ objekty, ktere´majı´sve´vlastnıćhovańı´(metody) a vlastnosti (atributy). Objekty si vza´jemneˇprˇeda´vajı´zpra´vy (volajı´sve´metody) anizˇby musely veˇdeˇt, jak pracujı´. Takeńesmı´meˇnit nic, co nenı´jejich. Vsˇechny pozˇadavky na objektoveˇorientovane´programy urcˇujıńa´sledujıćı´„Principy OOP“:

1. Zapouzdrˇenı´– objekty skry´vajı´jak sva´data a zpu˚sob jak je ukla´dajı´, tak i algoritmus, jak prova´deˇjı´jednotlivećˇinnosti. Nabı´dnou pouze seznam cˇinnostı´, ktereúmı´. Navıć specifikujı´, co musı´me dodat (vstup) a co po provedenı´do- staneme (vy´stup). Uzˇale nerˇı´kajı´, jak to deˇlajı´. To prˇina´sˇı´vy´hodu modularity – objekt lze zameˇnit za jiny´, kteryńabı´zı´tote´zˇ, ale deˇla´to jinak. Dalsˇı´vy´hodou je znovupouzˇitelnost – tenty´zˇobjekt lze pouzˇı´t v ktere´mkoliv programu, ktere´mu se hodı´, anizˇby se znovu programoval.

75 5. PRˇ I´PRAVY PRO SEMINA´ Rˇ PROGRAMOVA´ NI´

2. Deˇdicˇnost – objekt mu˚zˇe by´t potomkem jine´ho objektu. Pak zdeˇdı´po sve´m rodicˇi vsˇechny jeho schopnosti a mu˚zˇe prˇida´vat dalsˇı´sve´vlastnı´. Nemusı´me tedy zdeˇdeˇne´vlastnosti a metody programovat znovu.

3. Polymorfismus – objekt se umı´tva´rˇit jako kdokoliv z jeho prˇedchu˚dcu˚. Jsou-li objekty zˇirafa a jelen potomkem objektu sudokopytnıći, mu˚zˇeme je povazˇovat i za sudokopytnı´ky a pta´t se bez ohledu na konkre´tnı´druh na pocˇet kopyt, cozˇje spolecˇna´vlastnost vsˇech sudokopytnı´ku˚. Ti budou potomkem objektu zˇivocˇich, jehozˇ potomkem bude i krtek. Proto vsˇem trˇem mu˚zˇeme vydat spolecˇny´ prˇı´kaz „prˇijmi potravu“, jelikozˇ tu prˇijı´majı´ vsˇichni zˇivocˇichove´. Dı´ky zapouzdrˇenı´to kazˇdyále udeˇla´po sve´m.

Zmıńeˇne´vlastnosti a na´sledujıćıćh 5 novyćh pojmu˚procvicˇı´me na prˇı´kladu Zoo.

Objekt je neˇjaky´samostatny´, speciﬁcky´celek uvnitrˇprogramu. Jako o objektu mu˚- zˇeme mluvit o libovolne´trˇı´deˇnebo instanci.

Atribut je urcˇita´specificka´vlastnost objektu a mu˚zˇe naby´vat ru˚znyćh hodnot. Naprˇ. atribut „barva ocˇı´“ u objektu „cˇloveˇk“ mu˚zˇe mı´t hodnotu zelena´, modra´, hneˇdaá jine´podle toho o ktere´ho cˇloveˇka jde.

Metoda je urcˇitaćˇinnost, va´zanańa konkre´tnıóbjekt, ktery´ji doka´zˇe vykona´vat. Naprˇ. kazˇdeáuto bude mı´t jisteˇmetodu „rozjed’se“ a „zastav“, ale take´trˇeba „zatrub“ nebo „zjisti stav paliva“.

Trˇı´da je prˇedpis, jak utvorˇit objekt urcˇite´ho typu. Je to tedy obecny´popis neˇjake´skupiny objektu˚se stejny´mi atributy (byt’mohou mı´t ru˚zne´hodnoty) a stejny´mi metodami. Naprˇ. budeme mı´t trˇı´du cˇloveˇk, podle ktere´budeme moci vytvorˇit kohokoliv konkre´tnı´ho a nastavit mu jeho barvu ocˇı´apod. Take´bude existovat trˇı´da auto, podle ktere´zkonstruujeme auto libovolne´barvy, s libovolny´m objemem na´drzˇe a motoru a libovolny´m pocˇtem mı´st k sezenı´. Vsˇechna se ale budou stejny´m zpu˚sobem rozjı´zˇdeˇt, zastavovat a troubit.

Instance je konkre´tnı´„zˇijı´cı´“ objekt ve spusˇteˇne´m programu. Je vytvorˇeny´podle neˇjake´trˇı´dy, mluvı´me proto o instanci urcˇite´trˇı´dy. Ma´nastavene´sve´vlastnı´ hodnoty atributu˚a mu˚zˇeme ho pozˇa´dat, aby provedl urcˇitou svou metodu.

Prˇı´kladG1 – Zoo Studenti na prˇı´kladu Zoo z prˇilozˇene´ho CD rozeberou zapsane´pojmy a podı´vajı´ se s vyucˇujıćı´m na ko´d. Zkusı´si v prostrˇedı´Greenfoot vytvorˇit noveínstance sta´- vajıćıćh trˇı´d. S vyucˇujıćı´m analyzujı´jake´jsou prˇı´tomny trˇı´dy a jakeínstance. V tuto chvı´li by meˇl vyucˇujıćıíntuitivneˇzave´st UML diagramy, nejprve zakreslenı´m diagramu objektu˚, pak diagramu trˇı´d, prozatı´m bez zapisovańıátributu˚a metod, jen samotne´trˇı´dy nebo instance a jejich deˇdicˇne´vazby. Nakonec si zkusı´vytvorˇit vlastnı´ trˇı´du, jako potomka neˇktere´sta´vajıćı´. Bud’ novy´druh zvı´rˇete (kra´lı´k) jako potomek

76 5. PRˇ I´PRAVY PRO SEMINA´ Rˇ PROGRAMOVA´ NI´ trˇı´dy Animal nebo prˇı´mo potomka neˇktere´ho zvı´rˇete – naprˇ. slonı´mla´deˇjako potomek Elephant nebo specificky´poddruh zˇa´by – stacˇı´zmeˇnit obra´zek prˇes prave´ tlacˇı´tko nad trˇı´dou (tam takeńajdeme ”New subclass...” pro vytvorˇenı´potomka). Upozornı´me studenty, zˇe musı´z noveˇvznikle´trˇı´dy odstranit automaticky prˇidanou metodu „act“. Jelikozˇzatı´m nevı´, jaka´je syntaxe metod, necha´me je opisovat ze sta´- vajıćıćh trˇı´d. Mohou zkusit i doplneˇnı´konstruktoru a zmeˇnu hodnot, ktereúrcˇujı´ pocˇa´tecˇnı´vlastnosti dane´ho zvı´rˇete.

Prˇı´kladG2 – FlyingAid Jako dalsˇı´prˇı´klad mu˚zˇeme zvolit na CD prˇilozˇeny´program FlyingAid, ve ktere´m dveˇletadla shazujı´balı´ky prvnı´pomoci a trˇetı´bombu. Pohybujıćı´se postava chyta´ tyto balıćˇky, humanita´rnı´pomoc jı´dobı´jıénergii (zatı´m nevyuzˇijeme), bomba oka- mzˇiteˇzabı´jı´. V tomto programu studenti vyzkousˇı´prˇidańı´letadel a postav, mohou vyzkousˇet i postavu KeyboardMover, ktera´se ovla´da´kla´vesnicı´. Dalsˇı´mozˇnostı´je podeˇdit od trˇı´d AidPlane a FightPlane nove´typy letadel. Do prˇı´sˇtı´hodiny zada´me studentu˚m jako domaćı´prˇı´pravu procˇı´st materia´l o atributech a datovyćh typech (soubor je v PDF prˇilozˇen na CD).

4. lekce – Atributy a datove´typy

Te´ma: Atributy, datove´typy, opera´tory, konstanty. Cı´l: Pouzˇitıátributu˚trˇı´d, jejich viditelnost, prˇirˇazenı´hodnoty a dalsˇıópera´tory, atributy v UML diagramu. Technologie: tabule (nebo i Greenfoot) Metodika: teoreticka´vyúka – vy´klad a diskuse, individua´lnı´praće Pozna´mky: Je nezbytne´prˇedchozı´hodinu rozdat nebo v prˇedstihu e- mailem poslat studentu˚m pracovnı´list k atributu˚m a datovy´m typu˚, aby si jej procˇetli a prˇipravili si ota´zky.

V u´vodu hodiny se studenty projdeme pracovnı´ list k atributu˚m. Vysveˇtlı´me nejasnosti, na rea´lnyćh prˇı´kladech zkusı´me, zda si pamatujıńa´zvy datovyćh typu˚ (naprˇ. „Jaky´datovy´typ zvolı´me pro jmeńo cˇloveˇka, jeho rodnećˇı´slo apod.“). Nejprve klademe ota´zky trivia´lnı´, pozdeˇji mu˚zˇeme prˇidat i ota´zky u kteryćh studenty budeme muset nave´st k rˇesˇenı´: naprˇ. jaky´datovy´typ je vhodny´pro ulozˇenı´veˇku cˇloveˇka. Studenty navedeme k rˇesˇenı´, zˇe le´pe nezˇpouzˇı´t int na ulozˇenı´veˇku, budeme ukla´dat sice do int, ale rok narozenıá aktua´lnı´veˇk dopocˇı´ta´vat. Podobneˇtrˇeba na ulozˇenı´ barvy pouzˇijeme trˇı´du Color, kterou nebudou zna´t. Te´ma datovyćh typu˚bohuzˇel lze bez znalosti praće s metodami jen teˇzˇko porˇa´dneˇ prakticky procvicˇit, proto zvolı´me teoreticky´prˇı´stup zalozˇenyńa UML na´vrhu. Stu- dentu˚m budeme zada´vat vytva´rˇet datovyńa´vrh ru˚znyćh objektu˚vcˇetneˇatributu˚ (ale bez metod) a zakreslovat do diagramu v sesˇiteˇa na tabuli. Praći s opera´tory

77 5. PRˇ I´PRAVY PRO SEMINA´ Rˇ PROGRAMOVA´ NI´ procvicˇı´me na snippetech. Velice du˚lezˇite´je dostatecˇneˇvysveˇtlit vy´znam opera´toru prˇirˇazenıá pouka´zat, zˇe za´pis ma´zcela odlisˇny´vy´znam od matematiky. Nezapo- mıńa´me ani na opera´tory, ktere´ nemajı´ paralelu v matematice: prˇedevsˇı´m new a instanceof. Neprobı´ra´me terna´rnıópera´tor, ktery´patrˇı´do lekce o podmıńkaćh. Promeˇnne´mu˚zˇeme prakticky procvicˇovat na prˇı´kladu Zoo z minule´lekce. Po- mocıátributu˚nastavitelnyćh zvı´rˇeti budeme meˇnit jeho vyćhozıćhovańı´prˇi pohybu. Vytvorˇı´me jine´druhy zvı´rˇat se specificky´mi parametry pohybu.

5. lekce – Metody, API Greenfootu

Te´ma: Metody, viditelnost metod, staticke´metody, API Greenfo- otu. Cı´l: Sezna´menı´ s pojmem metoda objektu a staticka´ metoda, trˇı´dy frameworku Greenfoot a jejich metody. Technologie: Greenfoot Metodika: Demonstrace na prˇipravenyćh prˇı´kladech, individua´lnı´ praće, doplnˇovańı´kra´tkyćh u´seku˚ko´du do hotovyćh projektu˚. Pozna´mky: Nesmı´me opomenout zakreslenı´metod do UML diagramu.

Prˇı´kladG3 – Karel

Na prˇı´kladu Karel z prˇilozˇene´ho CD demonstrujeme volańıá deklaraci metod. Zdu˚raznı´me vy´znam klıćˇovyćh slov public, protected a private, ktere´se vy- skytly uzˇu atributu˚. Po otevrˇenı´souboru v prostrˇedı´Greenfoot si studenti zkusı´ spustit nad instancı´robota, ktery´je vlozˇen ve sceńeˇ, metodu vypln(). Tato aplikace se nepousˇtı´tlacˇı´tkem Run, jelikozˇroboti nevykona´vajı´zˇa´dnou cyklickou cˇinnost! Ro- bot vlozˇeny´do sceńy je VyplnovaciRobot a je tedy potomkem trˇı´dy Robot, ktera´ ma´vytvorˇene´metody podobne´prˇı´kazu˚m jazyka Karel, vcˇetneˇmetod vracejıćıćh boolean hodnotu, ktere´poslouzˇı´v cyklech a podmıńkaćh. Studenti by si meˇli vytvorˇit vlastnı´ho potomka trˇı´dy Robot a naucˇit ho neˇjakou jednoduchou cˇinnost, zatı´m bez pouzˇitı´podmıńek a cyklu˚. Pokrocˇilejsˇı´studenti vsˇak mohou vyzkousˇet v duchu PBL samostatneˇi u´koly s podmıńkami a cykly. Dalsˇı´m u´kolem bude doplnit do robota novou funkcionalitu nezalozˇenou na jeho sta´vajıćıćh metodaćh. Nabı´zı´se naprˇı´klad mozˇnost prˇehra´t zvuk – Greenfoot .playSound() (zde je nutne´vysveˇtlit princip statickyćh metod), prˇemı´stit robota na zadane´mı´sto, apod. Vyuzˇı´va´me prˇi tom velmi aktivneˇznalosti opera´toru˚a pro- meˇnnyćh a zada´va´me u´koly na kteryćh se opakuje i toto te´ma.

78 5. PRˇ I´PRAVY PRO SEMINA´ Rˇ PROGRAMOVA´ NI´

Prˇı´kladG1 – Zoo Do prˇı´kladu Zoo doplnˇujeme specificke´dovednosti zvı´rˇat (opeˇt mu˚zˇe jı´t o jejich zvuk), vracenı´hodnot jejich atributu˚. V tuto chvı´li vysveˇtlı´me pojmy setter a getter5 Ve zbyle´m cˇase studenty sezna´mı´me se za´klady dokumentace ko´du pomocı´Ja- vaDoc. Za´meˇrem je vyvolat v nich dojem, zˇe dokumentace je zcela integra´lnı´soucˇa´st ko´du a je hrubou chybou, zˇe trˇeba v prˇı´kladu Zoo chybı´, proto je nutne´ji ihned doplnit. Meˇli bychom pouka´zat na to, zˇe je pro na´s problematicke´dohleda´vat, co ktera´metoda deˇlaá jaky´vy´znam majı´jejı´parametry. Pouka´zˇeme na prˇehlednost dokumentace prostrˇedı´Greenfoot a prˇı´kladu Karel. Meˇli bychom studenty odka´zat i na dokumentaci Javy na strańkaćh http://docs.oracle.com/javase/7/docs/ api/index.html.

6. lekce – Podmı´nkya vy´jimky

Te´ma: Podmıńky a vy´jimky v jazyce Java. Cı´l: Zvla´dnutı´ konstrukcı´ if, if-else, switch-case a vyvolańı´ a odchyta´vańı´vy´jimek. Technologie: Greenfoot Metodika: rozsˇirˇovańıéxistujıćı´ho ko´du

Nejprve studentu˚m ve strucˇnosti vysveˇtlı´me syntaxi podmı´nek. Jejich pouzˇitı´ v ko´du mu˚zˇeme demonstrovat na neˇktere´m z prˇı´kladu˚.

Prˇı´kladG4 – SimpleUI

Prˇı´klad SimpleUI na prˇilozˇene´m CD obsahuje jen 3 jednoduche´ trˇı´dy. Trˇı´da SimpleCheck reprezentuje jednoduche´zasˇkrta´va´tko, SimpleButton je jednoduche´tlacˇı´tko, SimpleEvalButton je tlacˇı´tko, ktere´vyhodnotı´stav zasˇkrta´va´tek. Prˇı´- klad je na prˇilozˇene´m CD jizˇvyrˇesˇen, proto jej prˇed prˇedańı´m studentu˚m nejprve upravı´me – odstranı´me podle u´vahy a schopnostı´skupiny neˇkterećˇa´sti ko´du. Studenti by meˇli vytvorˇit jednoduchy´program, ktery´bude radit, co uvarˇit. Do hernı´ho plańu jsou umı´steˇna 3 zasˇkrta´va´tka se surovinami v popisku, da´le tlacˇı´tko pro vyhodnocenıá dalsˇı´tlacˇı´tko slouzˇı´jako vy´stup – nastavenı´m jeho atributu label se prˇeda´vaúzˇivateli text. Mı´rna´za´ludnost spocˇı´va´v tom, jak se dostat z trˇı´dy tlacˇı´tka k jednotlivy´m zasˇkr- ta´va´tku˚m, abychom mohli vyhodnotit jejich stav. Vzorove´rˇesˇenı´pouzˇı´va´zjednodu- sˇenı´, ktereńenı´zcela idea´lnıá je zapotrˇebı´to tak studentu˚m prezentovat. Tlacˇı´tka i

5. Setter a getter – verˇejne´ metody vytvorˇene´ pro kazˇdy´ priva´tnı´ atribut tak, aby setter umozˇnil hodnotu nastavit zatı´mco getter prˇecˇı´st. Uvnitrˇsetteru obvykle probı´ha´kontrola, zda je nastavovana´ hodnota korektnı´, getter mu˚zˇe prova´deˇt u´pravy vracene´hodnoty nebo dopocˇı´ta´vat z jinyćh atributu˚ve skutecˇnosti neexistujıćıátribut. Oba poma´hajıódstıńit datovou implementaci, tedy jde o zapouzdrˇenı´.

79 5. PRˇ I´PRAVY PRO SEMINA´ Rˇ PROGRAMOVA´ NI´ zasˇkrta´va´tka jsou vlozˇena ve trˇı´deˇ SomeWorld do plańu a za´rovenˇse sta´vajı´verˇej- ny´m atributem te´to trˇı´dy. Metoda doAction() trˇı´dy SimpleEvalButton si tyto atributy prˇevezme do svyćh loka´lnıćh promeˇnnyćh kvu˚li snazsˇı´mu za´pisu. Jelikozˇmetoda getWorld() vracı´trˇı´du World, je nutneéxplicitneˇprˇetypova´vat. Tyto veˇci mohou pu˚sobit slabsˇı´m studentu˚m proble´m, proto jim lze da´t za u´kol doplneˇnı´jen samotnyćh podmıńek. Zdatneˇjsˇı´studenti mezi tı´m budou doplnˇovat dalsˇı´zasˇkrta´va´tka s jiny´mi volbami. U´ cˇelem je naucˇit se nejen jednoduche´podmıńky, ale i slozˇene´s logicky´mi opera´tory. Studenti mohou beˇhem procvicˇovańı´z te´to aplikace vytvorˇit novou (zdu˚raznı´me znovupouzˇitelnost ko´du – trˇı´dy nepı´sˇeme cele´znovu), ktera´bude naprˇ. radit jak stra´vit odpoledne s volbami „prsˇı´, svı´tı´slunce, sneˇzˇı´“.

V dalsˇıćˇa´sti hodiny se vra´tı´me k pojmu setter. Upozornı´me studenty, zˇe cˇasto je nutneómezit povolene´hodnoty, ktere´lze nastavit neˇktere´mu atributu, cozˇby meˇl rˇesˇit pra´veˇ setter s podmıńkami. Doplnı´me tyto podmıńky do prˇı´slusˇnyćh metod pouzˇı´vanyćh prˇı´kladu˚– naprˇı´klad settery pro vy´sˇku a sˇı´rˇku trˇı´dy SimpleCheck by meˇly omezovat minima´lnı´povolene´rozmeˇry. V prvnı´fa´zi pouzˇijeme jen prˇı´kaz return, ktery´m se opustı´metoda, pokud meˇla by´t nastavena nepovolena´hodnota. Pak ale probereme vy´jimky a studenti se naucˇı´ v takove´m prˇı´padeˇprˇedat vy´jimku a v nadrˇazene´m bloku ji odchytit. Pochopit princip vy´jimek bude vyzˇadovat delsˇıćˇas, proto bude vhodne´te´ma te´to lekce v prˇı´padeˇpotrˇeby rozsˇı´rˇit na dveˇlekce.

Prˇı´kladG3 – Karel Na prˇı´kladu robota Karla uka´zˇeme prakticke´vyuzˇitı´vy´jimek, ktere´by spra´vneˇ meˇla prˇeda´vat metoda krok, pokud robot narazı´ do zdi a metody poloz() a zvedni() pokud je pole plne´nebo pra´zdne´.

7. lekce – Cykly

Te´ma: Cyklus for, while, do-while. Cı´l: Pouzˇitıćyklu˚, vnorˇenıćyklu˚. Technologie: Greenfoot Metodika: rozsˇirˇovańıéxistujı´ko´du

Cyklu nejprve probereme strucˇneˇ teoreticky – syntaxi a rozdı´l v jednotlivyćh typech. Studentu˚m uva´dı´me prˇı´klady ru˚znyćh konstrukcıá necha´me je rozhodnout jaky´ typ cyklu zvolı´ (chci z kla´vesnice prˇevzı´t cˇı´slo, ale jen 1–5: do-while; chci nechat blikat cˇervene´sveˇtlo, dokud metoda isDangerState() vracı´ true: while; chci vypsat seznam deseti polozˇek: for).

80 5. PRˇ I´PRAVY PRO SEMINA´ Rˇ PROGRAMOVA´ NI´

V prostrˇedı´Greenfoot se cykly procvicˇujı´hu˚rˇe, protozˇe za´kladnıćyklicke´jevy rˇesˇı´me opakujıćı´m se volańı´m metody act(), cozˇprova´dı´samo prostrˇedı´. Pouzˇitı´ cyklu jinde mu˚zˇe mı´t blokujıćıćharakter, pokud cyklus beˇzˇı´prˇı´lisˇdlouho nebo je nekonecˇny´. Cˇasto je pak nutne´restartovat cele´prostrˇedı´pomocı´volby Controls → Show debugger → Terminate. Cykly procvicˇujeme na prˇı´kladu Karel vytva´rˇenı´m novyćh metod, jako je dojitı´ ke zdi. Studenti za´rovenˇmohou zkusit zvy´sˇit nebo snı´zˇit rychlost robota u´pravou metody waitASecond; Dalsˇı´m vhodny´m te´matem na pocvicˇenı´bude kreslenıóbra´zku˚: vytva´rˇenıńovyćh objektu˚v prˇı´kladu SimpleUI nebo v nove´m projektu, kde bude u´kolem vykreslovat objektu nebo do pozadı´ hernı´ho plańu mı´sto obra´zku z prˇedlohy obrazec podle parametru˚. Prˇı´klady by meˇly by´t voleny i na vnorˇenıćyklu˚(kreslenı´sˇachovnice, umist’ovańıóbjektu˚do hernı´ho plańu pravidelneˇv obou rozmeˇrech), jelikozˇto by´va´ pro spoustu studentu˚teˇzˇko pochopitelne´.

8. lekce – Procvicˇova´nı´

Te´ma: Procvicˇovańı´prˇedchozı´la´tky, pa´rove´programovańı´. Cı´l: Vyzkousˇet si vytvorˇenı´vlastnı´ho projektu od zacˇa´tku, zkusit si pa´rove´programovańı´. Technologie: Greenfoot Metodika: pa´rove´programovańı´, programming from scratch, miniprojekty Pozna´mky: Tuto lekci je mozˇne´prota´hnout na vıće hodin.

Studenti by v tuto chvı´li meˇli mı´t obecny´prˇehled o za´kladnıćh programovyćh strukturaćh. Vyuzˇijeme metodiku pa´rove´ho programovańı´ a miniprojektu˚ k pro- cvicˇenı´vsˇech teˇchto konstrukcı´. Studenty rozdeˇlı´me do dvojic, eventua´lneˇtrojic a zada´me jim kra´tke´projekty, ktereńaprogramujı´. Vyucˇujıćı´beˇhem semina´rˇe procha´zı´mezi studenty, kontroluje jejich postup. Zˇ aći se mohou kdykoliv pta´t, syntaxi napovı´da´me, ale ko´d sami nikdy nevpisujeme, v krajnı´m prˇı´padeˇradeˇji diktujeme a vzˇdy klademe ota´zky studentu˚m, aby vytvo- rˇenou konstrukci popsali. Jako odpoveˇd’ na rozsa´hlejsˇı´dotazy („Jak se odchyta´vajı´ vy´jimky?“) radeˇji uva´dı´me odkazy na strańky s cˇlańky na dane´te´ma, aby se studenti naucˇili pracovat s elektronicky´mi zdroji a dokumentacıá nespole´hali jen na ucˇitele, ktery´ma´pu˚sobit spı´sˇe v roli osoby zabranˇujıćı´sˇpatneínterpretaci zdroju˚a usmeˇrnˇujıćı´tok mysˇlenek. Vhodne´zdroje informacıó jazyce Java na cˇeske´m internetu jsou naprˇı´klad seria´ly na serverech http://www.linuxsoft.cz, http://www.builder.cz, http: //www.programujte.com a http://www.algoritmy.net nebo porta´l http: //www.java.cz.

81 5. PRˇ I´PRAVY PRO SEMINA´ Rˇ PROGRAMOVA´ NI´

Na´meˇty na prˇı´klady mu˚zˇeme bra´t z rozsa´hle´sbı´rky projektu˚na http://www. greenfoot.org, inspiracı´mohou by´t i deskove´nebo arka´dove´hry, ale je nutne´ nepodcenit rozsah pra´ce.

9. lekce – Testy a TDD, BlueJ

Te´ma: Testy a test driven development. Cı´l: Pochopit vy´znam testovańıá vy´hody technologie unit testu˚. Technologie: BlueJ, Netbeans Metodika: test driven development, individua´lnı´praće Pozna´mky: Podle pokrocˇilosti skupiny volı´me IDE BlueJ nebo Netbe- ans. Majı´-li studenti proble´my se samotny´m ko´dem, nebu- deme je zateˇzˇovat na´rocˇneˇjsˇı´m IDE.

Po procvicˇenı´za´kladnıćh programovyćh konstrukcı´mu˚zˇe prˇijı´t na rˇadu volba alternativnıćh metodik vy´voje, mezi ktere´spadaí testy rˇı´zene´programovańı´. V Javeˇ pouzˇı´vane´JUnit testy bohuzˇel nelze vytva´rˇet v prostrˇedı´Greenfoot, proto tentokra´t zvolı´me prostrˇedı´BlueJ, ktere´je mu blı´zke´.

Prˇı´kladB1 – Kalkulacˇka Na prˇilozˇene´m CD je uka´zkovy´program Kalkulacˇka. Pozor, soubor projektu obsahuje rˇesˇenı´ a sice trˇı´du KalkulackaR. Studentu˚m bychom meˇli nejprve da´t verzi bez te´to trˇı´dy, mu˚zˇeme smazat ale take´trˇı´du Kalkulacka. Domluvı´me se na jejı´m na´vrhu: vsˇechny jejı´metody budou abstraktnı´(mu˚zˇeme zmıńit, zˇe se jedna´ o na´vrhovy´vzor Library/Utility class, tj. knihovnı´trˇı´da), pracovat bude s promeˇn- ny´mi double, jednotlive´metody volı´me tak, jak jsou vypsańy ve vzorove´m rˇesˇenı´, vcˇetneˇvyhazovańı´vy´jimek. Ma´me-li ve skupineˇprˇiblizˇneˇstejneˇschopne´studenty, mu˚zˇeme na´vrh vytvorˇit do detailu˚spolecˇneˇ, jinak necha´me kazˇde´ho zvla´sˇt’at’zva´zˇı´ naprˇ. kdy bude z urcˇenyćh metod prˇeda´vat vy´jimky. Studenti kazˇdy´sa´m za sebe implementujı´trˇı´du Kalkulacka. Ve spolecˇne´diskusi se projde ko´d KalkulackaTest a zdu˚raznı´se rizika tohoto prˇı´stupu (sˇpatneˇ navrzˇene´testy, chyba v testu, prˇı´lisˇna´rocˇna´konstrukce testu oproti trivia´lnı´funkci testovane´trˇı´dy, nutnost mı´t prˇedem pevnou specifikaci apod.) oproti vy´hoda´m (neusta´ly´prˇehled, ktera´komponenta je u´plnaá funkcˇnı´, jasne´zadańı´, apod.). Za zmıńku stojı´metoda equals ve trˇı´deˇ Pair, jejı´mzˇprˇedefinovańı´m se zavedla rovnost in- stancı´te´to trˇı´dy na za´kladeˇobou atributu˚bez ohledu na porˇadı´.

82 5. PRˇ I´PRAVY PRO SEMINA´ Rˇ PROGRAMOVA´ NI´

10. a 11. lekce – Pole, kolekce, itera´tory

Te´ma: Pole, kolekce a itera´tory. Cı´l: Za´kladnı´prˇehled o jednotlivyćh kolekcıćh. V druhe´lekci jejich podrobne´pouzˇitı´. Technologie: BlueJ Metodika: snippety, individua´lnı´programovańı´

V u´vodu hodiny probereme ve strucˇnosti pole (jednorozmeˇrna´). Studenti se snadno prˇesveˇdcˇı´, zˇe jejich pouzˇitı´je mimo nejjednodusˇsˇıćh prˇı´padu˚poneˇkud kr- kolomneá neprakticke´, naprˇ. pokud bychom jejich pomocı´meˇli implementovat datove´struktury jako je fronta nebo za´sobnı´k, obecneˇjake´koliv struktury, ktereńemajı´ pevnou maxima´lnı´velikost, vyzˇadujı´dynamicke´prˇida´vańıńebo odebı´rańı´prvku˚, vyhleda´vańı´podle klıćˇe apod. Motivace pro pouzˇitı´kolekcı´by meˇla vzejı´t z nedostatku˚pole. Proto hned v u´vodu zacˇneme rozdeˇlenı´m kolekcıá map tak, aby studenti prˇedevsˇı´m pochopili rozdı´l mezi rozhranı´m a konkre´tnıímplementacı´, cozˇvzhledem k obvykle´mu za´pisu, kdy promeˇnna´se deklaruje jako neˇktere´z rozhranı´, ale prˇirˇazenou instancı´je konkre´tnı´ implementace (List seznam = new ArrayList();), prˇina´sˇı´zmatky a znesnad- nˇuje orientaci. Kolekce (prˇesneˇji kontejnery – mapy totizˇnejsou potomci rozhranı´ Collection) deˇlı´me na:

Seznamy jsou trˇı´dy implementujıćı´rozhranı´ List. Lze do nich vkla´dat tenty´zˇprvek vıćekra´t a kazˇdy´prvek ma´jednoznacˇneˇurcˇene´mı´sto (porˇadı´). Implementace jsou: ArrayList je alternativa k beˇzˇne´mu poli, ovsˇem zde s dynamickou de´lkou. Platı´, zˇe tato implementace umı´pomeˇrneˇrychle prˇistupovat k prvku˚m, ale pomalu meˇnı´ porˇadı´ prvku˚ nebo prˇida´va´ prvky na zacˇa´tek nebo doprostrˇed pole. LinkedList je take´dynamickaálternativa k beˇzˇne´mu poli, tentokra´t rychle zpracova´vajıćı´ cˇaste´ zmeˇny ve strukturˇe (vkla´dańı´ prvku˚ doprostrˇed apod.), ale pro zmeˇnu pomala´prˇi procha´zenı´svyćh prvku˚. Mnozˇiny jsou trˇı´dy implementujıćı´rozhranı´ Set. Jsou obdobou tohoto pojmu z matematiky a proto kazˇdy´prvek smı´by´t v mnozˇineˇnejvy´sˇe jedenkra´t a jeho pozice nenıúrcˇena porˇadı´m vlozˇenı´. Mnozˇiny jsou vy´hodne´prˇi vyhleda´vańı´ nebo prˇi rˇazenı´. Implementace jsou: HashSet je za´kladnı´ typ mnozˇiny. Negarantuje zˇa´dne´ pevneˇ dane´ porˇadı´ prvku˚. Slouzˇı´tedy naprˇ. k oveˇrˇenı´, zda je neˇjaky´prvek prˇı´tomen. TreeSet je implementace usporˇa´dane´ mnozˇiny. Vsˇechny vkla´dane´ prvky jsou okamzˇiteˇ rˇazeny do stromove´ struktury. Rˇ azenı´ urcˇuje metoda

83 5. PRˇ I´PRAVY PRO SEMINA´ Rˇ PROGRAMOVA´ NI´

compareTo objektu, pokud ovsˇem implementuje rozhranı´ Comparable. V opacˇne´m prˇı´padeˇje nutne´vytvorˇit specia´lnı´trˇı´du nazy´vanou kompara´tor (implementuje rozhranı´ Comparator), ktera´bude urcˇovat porˇadı´ prvku˚mnozˇiny.Vy´hodou je, zˇe lze mı´t vı´ce ru˚zny´ch kompara´toru˚a tudı´zˇ ru˚zne´mnozˇiny rˇazene´ru˚zny´mi kriterii.

Mapy jsou trˇı´dy implementujıćı´rozhranı´ Map. Od mnozˇin a seznamu˚se lisˇı´tı´m, zˇe kazˇdy´prvek ma´tzv. hash neboli klıćˇovou hodnotu, pod kterou je ulozˇen. Je to tedy asociativnı´struktura (podobna´mnozˇineˇ), vkla´da´me klıćˇa hodnotu. Obojı´ mohou by´t libovolne´ objekty (nikoliv primitivnı´ datove´ typy) naprˇ. String a Integer reprezentujıćı´ jmeńo a cˇı´slo mobilnı´ho telefonu. Nenı´ nutne´se omezovat jen na jeden typ, klıćˇe (i hodnoty) jsou obecneˇ Object a proto mohou nara´z koexistovat v jednom kontejneru klıćˇe ru˚znyćh typu˚. Je-li do mapy vlozˇeno opakovaneˇpod stejny´m klıćˇem, pu˚vodnı´hodnota se prˇepı´sˇe. Implementace jsou:

HashMap je za´kladnı´typ mapy, kteryńijak nerˇadı´klıćˇe. TreeMap je mapa, ktera´rˇadı´klıćˇe v za´vislosti na kompara´toru nebo rˇazenı´ metodou compareTo.

Vsˇechny tyto kolekce postupneˇzkousˇı´me na jednoduchyćh prˇı´kladech v BlueJ. Naprˇ.: seznam lidı´stojıćıćh ve fronteˇna u´rˇadu, tiskova´fronta, seznam veˇcıńa skladeˇ prodejny, objekt pocˇı´tacˇe majıćı´ jako atribut seznam svyćh komponent, . . . Pou- zˇı´va´me vy´pis do termina´lu prˇes System.out.println() a opakujeme pouzˇitı´ cyklu˚. Beˇhem procvicˇovańı´studenty sezna´mı´me take´s pojmem itera´toru˚, acˇkoliv v Javeˇ nenı´jejich vy´znam takovy´jako v C++ a zprvu mohou studenti pouzˇı´vat u seznamu˚ metodu get(). Vsˇechna tato te´mata jsou pomeˇrneˇna´rocˇnańa pochopenıá zapama- tovańı´, proto te´ma probı´ra´me ve dvou lekcıćh.

12. lekce – Souborovy´vstup/vy´stup

Te´ma: Vstup a vy´stup do souboru bina´rnı´ho i textove´ho. Cı´l: Zı´skat prˇehled, jak funguje za´pis a cˇtenı´v jazyce Java, jake´ trˇı´dy se na neˇm podı´lı´. Technologie: Greenfoot Metodika: Programming from scratch, rozsˇı´rˇenıéxistujıćı´ho projektu, pa´rove´programovańı´.

Poslednı´kapitola teoreticke´prˇı´pravy patrˇı´pra´ci se soubory.Meˇli bychom projı´t se studenty rozdı´l mezi soubory bina´rnı´mi (podle Pascalovske´terminologie typovy´mi) a textovy´mi. Je dobre´ upozornit na to, zˇe textove´ soubory jsou prakticky vzato bina´rnı´mi soubory, ktere´ukla´dajı´pouze pole znaku˚, aby studenti nezı´skali mylnou

84 5. PRˇ I´PRAVY PRO SEMINA´ Rˇ PROGRAMOVA´ NI´ prˇedstavu, zˇe mezi teˇmito typy souboru˚ existuje rea´lny´ „fyzicky´“ rozdı´l, cozˇ se obcˇas sta´va´. Bina´rnı´soubory mu˚zˇeme demonstrovat na na´sledujı´cı´m prˇipravene´m prˇı´kladu.

Prˇı´kladG5 – SaveLoad

Prˇı´klad je prˇilozˇen na CD v hotove´podobeˇ. Umı´vykreslovat ve cˇtvercove´matrici polıćˇka o ru˚znyćh barvaćh a navıć jeden typ objektu, ktery´maíkonu chodidla a neusta´le se prˇemı´st’uje. Sceńa se dańacˇı´st a ulozˇit, vsˇe se deˇje kla´vesovy´mi zkratkami, ktere´jsou popsane´v JavaDocu trˇı´dy SaveLoadEr. Jde o velmi jednoduchou aplikaci, jejı´mzˇjediny´m smyslem je demonstrovat u´skalı´praće se soubory. Studentu˚m bude nutne´vysveˇtlit vy´znam implementovańı´rozhranı´ Serializable a pojem seriali- zace, zdu˚vodnit, procˇse nevola´prˇi obnovenı´serializovane´ho objektu konstruktor, a vysveˇtlit odstıńeˇnı´media pomocı´mezivrstvy streamu˚. Projektem na delsˇı´dobu pro pokrocˇile´studenty by byla vlastnıímplementace ukla´dańıóbra´zku˚do forma´tu BMP, ktery´je bina´rnıá prˇitom celkem jednoduchy´, alesponˇpro nejrozsˇı´rˇeneˇjsˇı´variantu neindexovanyćh 24bitovyćh obra´zku˚bez kom- prese.

Nacˇı´tańıá ukla´dańı´textovyćh souboru˚mu˚zˇeme procvicˇit zadańı´m u´kolu v pa´- rove´m programovańı´. Studenti vytvorˇı´program, ktery´bude opisovat rˇa´dky textu, kteryúzˇivatel zada´va´z konzole do textove´ho souboru. Volitelneˇmohou text naprˇ. sˇifrovat posunutou abecedou nebo prˇeva´deˇt na velka´pı´smena apod. Nakonec rozsˇı´rˇı´ neˇktery´ z prˇedchozıćh u´kolu˚ v Greenfootu o ukla´dańı´ stavu sceńy. Naprˇ. aktua´lnı´rozmı´steˇnı´zvı´rˇat v u´kolu Zoo nebo rozehranou hru v u´kolu FlyingAid. Mu˚zˇeme volit ukla´dańı´jak bina´rnı´(ktere´bude jednodusˇsˇı´), tak do textove´ho forma´tu (je nutneúlozˇit atributy trˇı´d a jejich stav, spra´vneˇcˇı´st vstupnı´textovy´ soubor a vkla´dat podle ulozˇenyćh parametru˚noveóbjekty).

Dalsˇı´navrhovane´lekce

Prˇedchozı´vyćˇet prˇı´prav by meˇl pokry´t lekce s podstatny´mi teoreticky´mi te´maty. Navrzˇena´metodika sice pocˇı´ta´s rychly´m probrańı´m teorie a na´slednou pracıńa projektech k procvicˇenıá detailnı´mu pochopenı´, ale je mozˇne´prokla´dat vyúku ho- dinami s projekty drˇı´ve, podle potrˇeby. Podobneˇlze neˇktera´meńeˇza´sadnı´te´mata prˇesunout azˇdo cˇa´sti praće na projektech. Na´vrhy te´mat teˇchto hodin jsou naprˇı´klad:

• U´ prava ko´du, pravidla cˇleneˇnıá zarovna´vańı´, spra´vneńa´zvy objektu˚, metod a promeˇnnyćh, komenta´rˇe.

• Detailneˇjsˇı´rozbor vy´znamu rozhranı´a vysveˇtlenı´vı´cena´sobne´deˇdicˇnosti.

• Metoda toString() a prˇetypova´va´nı´.

85 5. PRˇ I´PRAVY PRO SEMINA´ Rˇ PROGRAMOVA´ NI´

• Metoda public static void main(String [ ] args) a spousˇteˇnı´ programu˚v Javeˇz prˇı´kazove´rˇa´dky.

• Kompilace v prˇı´kazove´rˇa´dce. JAR soubory – struktura, vytvorˇenı´.

• Java applety ve webovyćh strańkaćh. (Netbeans)

• Swing a aplikace s GUI. (Netbeans)

• J2ME a Java aplikace pro mobilnı´telefony.

• Na´vrhove´vzory: Tova´rnı´trˇı´da/metoda, Singleton, Pra´zdny´objekt, Adapte´r, Pozorovatel (Observer), . . .

• Modernı´metodiky vy´voje SW: agilnı´metodiky, extre´mnı´programova´nı´.

• Callback, zası´la´nı´zpra´v o zmeˇna´ch. (Netbeans, GUI)

• Aktivnıá pasivnıćˇekańı´.

• Jazyk Python. Upravenı´/rozbor jednoduche´ho skriptu v jazyce Python.

• Prˇepis prˇimeˇrˇeneˇjednoduche´trˇı´dy v jazyce C++ do Javy nebo naopak. Za´- kladnı´rozdı´ly mezi Javou a C++.

• Cˇa´stecˇny´rozbor a prˇı´padneˇu´prava/doplneˇnı´nove´funkce v rozsa´hlejsˇı´m a zna´me´m open-source projektu v Javeˇ.

• Detailnı´pra´ce s Netbeans, verzova´nı´.

Te´mata projektu˚mohou by´t ru˚zna´v za´vislosti na zdatnosti studentu˚, pocˇıńaje naprˇı´klad hrami v prostrˇedı´Greenfoot. Studenti zameˇrˇenıńa programovańı´by meˇli by´t schopni v prostrˇedıŃetbeans stvorˇit jednoduchou aplikaci v GUI, applet nebo mobilnıáplikaci. Tyto u´koly mohou rˇesˇit bud’ ty´movy´m programovańı´m (nejle´pe v ty´mech o dvou azˇtrˇech studentech) nebo individua´lneˇ. Pro vyucˇujıćı´ho je vhodneˇjsˇı´ varianta ty´mova´, protozˇe spoustu proble´mu˚si vza´jemneˇvysveˇtlı´studenti a nebude tudı´zˇ tolik zatı´zˇen opravovańı´m. Studenti by meˇli dostat take´ pru˚beˇzˇne´ termıńy demonstrace stavu rˇesˇenıú´kolu. Po naprogramovańı´mańa´sledovat prezentace prˇed ostatnı´mi, zhodnocenı´pouzˇityćh postupu˚a vysveˇtlenı´prˇı´padnyćh problematickyćh mı´st. Lze zadat i rozsa´hly´projekt (program na tvorbu kolaćˇovyćh grafu˚), kteryńejprve dekomponujeme na dı´lcˇıćˇa´sti (widget6 kreslıćı´kolaćˇovy´graf, uzˇivatelske´rozhra- nı´/menu, zpracovańı´vstupnıćh dat do vy´stupu v procentech, ukla´dańı´grafu do souboru, nacˇı´tańı´vstupnıćh dat), kazˇdou cˇa´st zada´me jedne´skupineˇstudentu˚. Spe- cifikujeme rozhranı´teˇchto komponent, zvolı´me metodiku vy´voje, v za´vislosti na nı´

6. widget – komponenta graﬁcke´ho uzˇivatelske´ho rozhranı´, naprˇ. tlacˇı´tko, zasˇkrta´va´tko, menu apod.

86 5. PRˇ I´PRAVY PRO SEMINA´ Rˇ PROGRAMOVA´ NI´ naprˇ. prˇipravı´me testy nebo provizornı´trˇı´dy s definovany´m rozhranı´m, ale pra´zd- nou implementacı´(kvu˚li mozˇnosti kompilovat a testovat dı´lcˇıćˇa´sti). Takova´praće vyzˇaduje ale spolehlive´studenty, protozˇe jedna skupina, kterańedodrzˇı´domluveny´ termıń, mu˚zˇe znemozˇnit pokracˇovańıóstatnı´m.

Kapitola 6 Shrnutı´

V te´to praći jsem chteˇl prˇine´st strucˇny´prˇehled ru˚znyćh dnes pouzˇı´vanyćh pro- gramovacıćh jazyku˚a zhodnotit jejich vhodnost k vyúce programovańıńa strˇednıćh sˇkolaćh. Dalsˇı´podstatnou cˇa´stı´meˇly by´t prˇı´pravy k vyúce semina´rˇe z programovańı´ na gymna´ziu, jelikozˇtakovy´semina´rˇjizˇtrˇi roky vedu a nebyl jsem spokojeny´s jeho na´plnı´, strukturou a pouzˇı´vany´mi technologiemi. Beˇhem studovańı´literatury, ktera´ je bohuzˇel prakticky vesˇkera´zahranicˇnıá z velkećˇa´sti zameˇrˇenańa vysoke´sˇkoly, jsem se sezna´mil nejen s novy´mi vyúkovy´mi prostrˇedı´mi, ktera´jsem doposud ne- znal, ale take´s novy´mi metodikami vyúky a s hodnocenı´m (podlozˇeny´m vy´zkumy) postupu˚a na´zoru˚, ktere´bych sa´m teˇzˇko oveˇrˇoval. Vzhledem k prˇıńosnosti a zajı´mavosti teˇchto za´veˇru˚ jsem se rozhodl rozsˇı´rˇit teoretickou cˇa´st praće, ve ktere´je shrnuji, vza´jemneˇkonfrontuji a hodnotı´m jejich vyuzˇitelnost na cˇeskyćh strˇednıćh sˇkolaćh. Doufa´m, zˇe tato cˇa´st bude pro cˇtena´rˇe z rˇad ucˇitelu˚stejneˇprˇıńosna´, jako zmıńeˇne´prˇı´pravy k vyúce, jejichzˇrozsah jsem byl nucen vzhledem k rozsahu praće poneˇkud zkra´tit. V kapitole o graficke´m popisu algoritmu˚jsem se pokusil alesponˇcˇa´stecˇneˇforma- lizovat za´pis pomocı´vy´vojovyćh diagramu˚v souladu s jejich normou, jelikozˇse lze setkat s velky´m mnozˇstvı´m pochybenı´v jejich pouzˇı´vańıá i mnozı´vyucˇujıćıńeznajı´ pravidla, ktera´se s jejich pouzˇı´vańı´m pojı´. Take´digramy Nassi-Shneidermann byly pro meˇnovinkou, jelikozˇv cˇeske´m prostrˇedı´jsem se s nimi dosud nesetkal. Prˇi hodnocenı´jazyku˚jsem si vsˇechny popisovaneódzkousˇel na volneˇdostup- nyćh ko´dech, cozˇmi pomohlo jejich konceptu˚m le´pe porozumeˇt a udeˇlat si vlastnı´ intuitivnı´prˇedstavu o snadnosti za´pisu ko´du cˇloveˇkem, ktery´v dane´m jazyce pı´sˇe poprve´, jelikozˇv neˇkteryćh z nich jsem zatı´m nemeˇl prˇı´lezˇitost nic naprogramo- vat. Jako pokracˇovańı´te´to praće bych ra´d videˇl rˇesˇenou sbı´rku programa´torskyćh u´loh v ru˚znyćh jazycıćh se strucˇny´m shrnutı´m syntaktickyćh pravidel jednotlivyćh jazyku˚. To se bohuzˇel nevesˇlo do rozsahu me´praće a proto jsem se omezil jen na prˇehledove´shrnutı´podstatnyćh vlastnostı´podle zvolenyćh krite´riı´hodnocenı´. Do prˇehledu vy´vojovyćh prostrˇedı´jsem zahrnul prostrˇedı´zna´maá v praxi pou- zˇı´vanaí didakticky orientovana´. Tato kapitola by nemeˇla cˇtena´rˇu˚m – kolegu˚m pe- dagogu˚m – slouzˇit jen jako strucˇny´vyćˇet, ale take´shrnutı´hlavnıćh rysu˚, vlastnostı´ a prˇı´padnyćh u´skalı´. Za´veˇrecˇnaćˇa´st prˇina´sˇı´vy´beˇr prˇı´prav na dvanaćt lekcı´semina´rˇe z programovańı´. Zvolil jsem te´mata lekcı´, ktera´povazˇuji za za´sadnı´, abych nabı´dl uka´zku jak ucˇit na´rocˇneˇjsˇı´la´tku. Zvolena´metodika je vhodna´pro starsˇıá pracoviteˇjsˇı´studenty, kterˇı´

89 6. SHRNUTI´ jevıó programovańı´za´jem, cozˇodpovı´da´stanovenećı´love´skupineˇ: vysˇsˇı´mu stupni gymna´zia ve volitelne´m semina´rˇi. Soucˇa´stı´prˇı´prav jsou i uka´zkoveá rˇesˇenı´prˇı´klady a v za´veˇru seznam dalsˇıćh mozˇnyćh te´mat hodin.

My´m prˇańı´m je, aby tato praće neslouzˇila jako podklad pro zmeˇnu vyúky pro- gramovańı´jen mneˇsamotne´mu, ale aby se stala prˇıńosem i pro kolegy, kterˇı´zvazˇujı´ zmeˇnu na svyćh sˇkolaćh nebo hledajıínspiraci pro sve´vlastnı´programovacı´semina´rˇe.

90 Literatura

[1] Angster, E.: Teaching Concepts in the Object-Oriented Field. In Object-Oriented Technology: ECOOP’98 Workshop Reader, Berlin: Springer, 1998, ISBN 978-3-540- 65460-5, s. 577–578.

[2] kolektiv autoru˚: Ra´mcovy´ vzdeˇla´vacı´ program pro gymna´zia. [online], 2007, naposledy navsˇtı´veno 2011. URL http://www.vuppraha.cz/wp-content/uploads/2009/12/ RVPG-2007-07_final.pdf

[3] Beck, K.: Extre´mnı´programova´nı´. Grada Publishing, 2002, ISBN 80-247-0300-9, 160 s., autorizovany´ prˇeklad Pavla Makovce z 1. edice anglicke´ho origina´lu Extreme Programming Explained.

[4] Bennedsen et al.: Reﬂections on the Teaching of Programming: Methods and imple- mentation. Springer, 2008, ISBN 3330000242313, 259 s.

[5] Boha´cˇ, L.: Tvorba webove´ho interpretu jazyka Karel [online]. Diplomova´pra´ce, Ma- sarykova univerzita, Fakulta informatiky, 2011 [cit. 2012-05-07]. URL http://is.muni.cz/th/365368/fi_m/

[6] Diethelm, I.; Geiger, L.; Zu¨ndorf, A.: Teaching Modeling with Objects First.

[7] Drbal, P.: Co to je strukturovane´programova´nı´. Praha: Nova´vlna, 1992, ISBN 80- 900325-6-7, 56 s.

[8] Ehlert, A.; Schulte, C.: Empirical comparison of objects-ﬁrst and objects-later. In Proceedings of the ﬁfth international workshop on Computing education research workshop, ICER ’09, New York, NY, USA: ACM, 2009, ISBN 978-1-60558-615-1, s. 15–26.

[9] Habermann, A. N.: Critical Comments on the Programming Language Pascal. In Acta Informatica, rocˇnı´k 3, Springer-Verlag, 1973, s. 47–57, dostupne´ prˇes elektronicke´zdroje SpringerLink.

[10] Hamilton, K.; Miles, R.: Learning UML 2.0. O’Reilly, 2006, ISBN 0-596-00982-8, 286 s.

[11] Jackson, D.; Miller, R.: A New Approach to Teaching Programming. 2. u´nor 2009.

91 6. SHRNUTI´

[12] Kak, A.: Teaching Programming. Dostupne´ online. Naposledy navsˇtı´veno 15. 1. 2012. URL https://engineering.purdue.edu/kak/ TeachingProgramming.pdf

[13] Mannila, L.; de Raadt, M.: An objective comparison of languages for teaching introductory programming. In Proceedings of the 6th Baltic Sea conference on Com- puting education research: Koli Calling 2006, Baltic Sea ’06, New York, NY, USA: ACM, 2006, s. 32–37.

[14]A´ sru´n Matthiasdottir: How to Teach Programming Languages to Novice Stu- dents? Lecturing or Not? In International Conference on Computer Systems and Technologies, Bulharsko, cˇerven 2006, s. 1–6.

[15] McIver, L.: Evaluating Languages and Environments for Novice Programmers. In 14th Workshop of the Psychology od Programming Interest Group, Brunel Univer- sity, cˇerven 2002, s. 100–110. URL http://ppig.org/papers/14th-mciver.pdf

[16] Milne, I.; Rowe, G.: Difﬁculties in Learning and Teaching Programming: Views of Students and Tutors. In Education and Information Technologies, rocˇnı´k 7, dı´l 1, Hingham, MA, USA: Kluwer Academic Publishers, brˇezen 2002, s. 55–66.

[17] Moritz, S. H.; Wei, F.; Parvez, S. M.; aj.: From objects-ﬁrst to design-ﬁrst with multimedia and intelligent tutoring. SIGCSE Bull., rocˇnı´k 37, 2005: s. 99–103, ISSN 0097-8418.

[18] Nassi, I.; Shneiderman, B.: Flowchart Techniques for Structured Programming. SIGPLAN Notices, rocˇnı´k 8, 1973, dostupne´online. Naposledy navsˇtı´veno 29. 12. 2011. URL http://www.cs.umd.edu/hcil/members/bshneiderman/nsd/ 1973.pdf

[19] Robins, A.; Rountree, J.; Rountree, N.: Learning and Teaching Programming: A Review and Discusion. In Computer Science Education, rocˇnı´k 13, dı´l 2, Swets and Zeitlinger, 2003, s. 137–172.