ملخص البرمجة وعلوم الحاسب أولى ثانوي، الترم الأول البرمجة (بايثون)

أهداف التعلم

1. تعريف مفهوم الخوارزمية وتمييزها عن غيرها من الإجراءات.
2. التعرف على المخططات الانسيابية (Flowcharts) والرسوم النشاطية (Activity diagrams) واستخدام رموزهما لتمثيل سير العمليات.
3. فهم هياكل التحكم الثلاثة الأساسية (التنفيذ المتسلسل، التكرار، الفروع) وكيفية تمثيلها بيانياً.
4. تعريف لغة البرمجة ومقارنة بين أمثلة لغات البرمجة (Python, JavaScript, Scratch).
5. إتقان كتابة البرامج البسيطة بلغة بايثون، بما في ذلك استخدام الدالة print، المتغيرات، وعوامل الحساب.
6. تطبيق المفاهيم السابقة على مسائل عملية وتحليل الأخطاء الشائعة في الامتحان.

المصطلحات والتعريفات

تمثيل الخوارزميات بيانياً (المخططات الانسيابية والرسوم النشاطية)

الخوارزمية هي أساس أي برنامج؛ لتسهيل فهمها وتحليلها يُستَخدم تمثيل بصري. المخطط الانسيابي هو الأداة الأكثر شيوعاً لتمثيل خوارزمية خطوة بخطوة. يبدأ المخطط برمز Start/End (دائرة أو بيضاوي) ثم ينتقل إلى رموز Process (مستطيل) التي تمثل عمليات حسابية أو منطقية، ورموز Display/Input (متوازي أضلاع) التي تُظهر أو تُستقبل بيانات، ورمز Decision (معين) لتحديد الفروع بناءً على شرط. عند الحاجة إلى تكرار مجموعة من الأوامر يُستَخدم رمز Loop start وLoop end لتحديد نطاق التكرار.

الرسم النشاطي يُستَخدم عندما تكون هناك عمليات متوازية أو تفاعلات بين كيانات متعددة (مثل العميل وجهاز الصراف الآلي). يوضح الرسم العلاقة بين الأنشطة (مثل إدخال البطاقة، تأكيد السحب، سحب النقود) باستخدام رموز مشابهة للمخطط الانسيابي لكن مع تركيز أكبر على تدفق الأنشطة بين الكيانات.

مثال توضيحي

في الشكل الأول تم تمثيل عملية الاستيقاظ من النوم حتى مغادرة المنزل: يبدأ بـ Start, ثم Display لسؤال “هل الجو مشمس؟”, يتبعها Decision لتحديد ما إذا كان الجو مشمساً أم لا، ثم Process للقيام بالأنشطة المناسبة، وأخيراً End.

في الشكل الثاني تم تمثيل عملية سحب النقود من جهاز الصراف الآلي: يبدأ بـ Insert card, ثم Confirm withdrawal, Input amount, Determine withdrawal, Withdraw cash, وأخيراً End.

هياكل التحكم في المخططات

1. التنفيذ المتسلسل – يُظهر ببساطة سلسلة من الرموز Process متصلة بخط مستقيم.
2. التكرار – يُظهر برمز Loop start يليه مجموعة من العمليات ثم Loop end، مع شرط يُكتب داخل رمز Decision لتحديد ما إذا كان التكرار يستمر.
3. الفروع – يُظهر برمز Decision يخرج منه سهمان أو أكثر، كل سهم يمثل مساراً مختلفاً بناءً على نتيجة الشرط.

البرمجة بلغة بايثون: المتغيرات والعمليات الحسابية

لغة Python تُعدّ من أسهل اللغات للمبتدئين، وتُتيح كتابة برامج قصيرة تُظهر القيم مباشرةً على الشاشة باستخدام الدالة print.

المتغيرات وإسناد القيم

المتغير هو صندوق يُخزن فيه قيمة معينة. يُستخدم عامل الإسناد = لنقل القيمة من الجانب الأيمن إلى المتغير على الجانب الأيسر. مثال:

city = 'Cairo'      # إسناد النص "Cairo" إلى المتغير city
print(city)        # طباعة محتوى المتغير city

النصوص تُكتب بين علامات اقتباس مفردة أو مزدوجة؛ أما القيم الرقمية لا تُحاط بعلامات اقتباس.

الدالة print

تُظهر ما بداخل الأقواس على شاشة المخرجات. إذا كان ما بداخل الأقواس نصاً، يُكتب بين علامات اقتباس؛ إذا كان عددًا، يُكتب مباشرةً.

print('Hello Khalid')   # يطبع Hello Khalid
print(2023)             # يطبع 2023

العوامل الحسابية

تُستَخدم لإجراء عمليات رياضية على المتغيرات أو القيم الثابتة. الجدول التالي يوضح كل عامل ومعناه:

مثال عملي يجمع بين المتغيرات والعوامل الحسابية:

a = 5
b = 3
print(a + b)   # 8
print(a - b)   # 2
print(a * b)   # 15
print(a / b)   # 1.6666666666666667
print(a // b)  # 1
print(a % b)   # 2
print(a ** b)  # 125

ملاحظات هامة حول كتابة الشيفرة

• لا تُكتب القيم الرقمية بين علامات اقتباس؛ ذلك سيحولها إلى نص ولن تُجرى عليها عمليات حسابية.
• عامل الإسناد = لا يعني مساواة رياضية؛ هو مجرد نقل قيمة.
• عند الحاجة إلى القسمة الصحيحة استخدم // لتجنب الحصول على عدد عشري غير مرغوب.

تطبيقات وأمثلة محلولة

مثال 1: طباعة اسم المدينة

المطلوب: كتابة برنامج يعرّف متغيرًا باسم city يحمل قيمة "Cairo" ثم يطبعها.

city = 'Cairo'      # إسناد النص إلى المتغير
print(city)        # طباعة محتوى المتغير

نتيجة التنفيذ:

Cairo

مثال 2: إجراء عمليات حسابية أساسية

المطلوب: كتابة برنامج يُعرّف المتغيرين a = 5 و b = 3 ثم يُظهر نتائج الجمع، الطرح، الضرب، القسمة، حاصل القسمة، باقي القسمة، والقوة.

a = 5
b = 3
print('a + b =', a + b)     # جمع
print('a - b =', a - b)     # طرح
print('a * b =', a * b)     # ضرب
print('a / b =', a / b)     # قسمة عائمة
print('a // b =', a // b)   # حاصل القسمة
print('a % b =', a % b)     # باقي القسمة
print('a ** b =', a ** b)   # القوة

نتيجة التنفيذ:

a + b = 8
a - b = 2
a * b = 15
a / b = 1.6666666666666667
a // b = 1
a % b = 2
a ** b = 125

تنبيهات الامتحان (أخطاء شائعة)

1. خلط عامل الإسناد (=) مع علامة المساواة (==). في بايثون لا يُستَخدم == في تعريف المتغيرات؛ يُستَخدم فقط = للإسناد.
2. إحاطة القيم الرقمية بعلامات اقتباس. سيؤدي ذلك إلى اعتبارها نصًا، وبالتالي لا يمكن إجراء عمليات حسابية عليها.
3. استخدام عامل القسمة / عندما يُقصد الحصول على عدد صحيح. في هذه الحالة يجب استعمال // لتجنب الحصول على نتيجة عائمة غير متوقعة.
4. سوء تفسير رموز المخطط الانسيابي. على سبيل المثال، رمز Decision لا يعني تنفيذ العملية بل يحدد شرطًا لتوجيه التدفق؛ إهمال هذا الفارق قد يؤدي إلى اختيار مسار غير صحيح في حل الأسئلة.

قائمة المراجعة

• [ ] تعريف الخوارزمية وتمييزها عن البرنامج.
• [ ] معرفة رموز المخطط الانسيابي (Start/End, Process, Decision, Loop).
• [ ] معرفة رموز الرسم النشاطي واستخدامها لتمثيل عمليات متوازية.
• [ ] تمييز هياكل التحكم الثلاثة (Sequential, Loop, Branching).
• [ ] تعريف لغة البرمجة وذكر أمثلة (Python, JavaScript, Scratch).
• [ ] شرح الفرق بين البرنامج ولغة الآلة.
• [ ] كتابة متغير وإسناد قيمة إليه باستخدام =.
• [ ] استخدام الدالة print لعرض نص أو قيمة عددية.
• [ ] معرفة جميع العوامل الحسابية (+, -, *, /, //, %, **).
• [ ] كتابة برنامج بسيط يُظهر عملية جمع وطرح وضرب وقسمة.
• [ ] تجنب وضع القيم الرقمية بين علامات اقتباس.
• [ ] مراجعة أخطاء الامتحان الشائعة وتدرب على تصحيحها.
• [ ] قراءة وفهم أسئلة الاختيار من متعدد المتعلقة بالمخططات الانسيابية والرسوم النشاطية.

بالتوفيق في امتحاناتك!