480 rub. | 150 UAH | $7,5 ", MOUSEOFF, FGCOLOR, "#FFFFCC",BGCOLOR, "#393939");" onMouseOut="return nd();"> Teza - 480 rubalja, dostava 10 minuta 24 sata dnevno, sedam dana u nedelji i praznicima
240 rub. | 75 UAH | 3,75 dolara ", MOUSEOFF, FGCOLOR, "#FFFFCC",BGCOLOR, "#393939");" onMouseOut="return nd();"> Sažetak - 240 rubalja, dostava 1-3 sata, od 10-19 (moskovsko vrijeme), osim nedjelje
Rozova Natalia Borisovna. Upotreba računarskog modeliranja u procesu učenja: 13.00.01, 13.00.02 Rozova, Natalija Borisovna Upotreba računarskog modeliranja u procesu učenja (Na primeru izučavanja molekularne fizike u srednjoj školi): Dis. ... cand. ped. nauka: 13.00.01, 13.00.02 Vologda, 2002 163 str. RSL OD, 61:03-13/523-2
Uvod
Poglavlje 1. Modeli i modeliranje u nauci i obrazovanju 14
1.1 Modeli i modeliranje u modernoj nauci 14
1.2 Primjena modela u procesu nastave studenata 26
1.3 Kompjuterska simulacija u obrazovanju 33
Poglavlje 2. Psihološko-pedagoške osnove kompjuterskog učenja 50
2.1 Psihološki i pedagoški aspekti računarske obuke 50
2.2 Osobine obrazovne aktivnosti i upravljanje njome zasnovano na učenju na računaru 58
Poglavlje 3
3.1 Analiza stanja kompjuterske simulacije u dijelu "Molekularna fizika" 74
3.2 Karakteristike eksperimentalnog programa za kompjutersku simulaciju dinamike sistema mnogih čestica i mogućnost njegove upotrebe u obrazovnom procesu 83
3.3 Metodika organizovanja i izvođenja nastave fizike u 10. razredu pri izučavanju odjeljka "Molekularna fizika" po eksperimentalnom programu 92
4.1 Zadaci eksperimenta i organizacija njegove provedbe 128
4.2 Analiza rezultata pedagoškog eksperimenta 140
Zaključak 147
Uvod u rad
Jedna od najvažnijih oblasti razvoja društva je obrazovanje. Obrazovanje "radi" za budućnost, ono određuje lične kvalitete svake osobe, njena znanja, vještine, kulturu ponašanja, pogled na svijet, stvarajući tako ekonomski, moralni i duhovni potencijal društva. Informacione tehnologije su jedan od glavnih alata u obrazovanju, pa je izrada strategije njihovog razvoja i upotrebe u obrazovanju jedan od ključnih problema. Shodno tome, upotreba kompjuterske tehnologije je od nacionalnog značaja. Mnogi stručnjaci vjeruju da će u ovom trenutku kompjuter omogućiti kvalitetan iskorak u obrazovnom sistemu, budući da je nastavnik u svoje ruke dobio moćno nastavno sredstvo. Obično postoje dva glavna pravca kompjuterizacije. Prvi ima za cilj da obezbedi univerzalnu kompjutersku pismenost, drugi je korišćenje računara kao alata koji povećava efikasnost učenja.
U sistemu obrazovanja razlikuju se dvije vrste aktivnosti: podučavanje i učenje. N.F. Talyzina i T.V. Gabai je predložio da se uloga kompjutera u učenju razmotri sa stanovišta funkcije koju obavlja.
Ako računar obavlja funkciju upravljanja obrazovnim aktivnostima, onda se može smatrati sredstvom za učenje koje zamjenjuje nastavnika, budući da računar modelira aktivnosti učenja, postavlja pitanja i odgovara na odgovore i pitanja učenika kao nastavnika.
Ako se računar koristi samo kao sredstvo obrazovne aktivnosti, onda se njegova interakcija sa učenicima odvija prema tipu "korisnika računara". U ovom slučaju računar nije alat za učenje, iako može prenijeti nova znanja. Stoga, kada se govori o kompjuterskom učenju, misli se na upotrebu računara kao sredstva za upravljanje obrazovnim aktivnostima.
Unatoč činjenici da još ne postoji jedinstvena klasifikacija programa obuke, mnogi autori među njima razlikuju sljedećih pet tipova: trening, mentorstvo, problemsko učenje, simulacija i modeliranje, igra. Računalni modeli imaju najviši rang među navedenim. Prema V.V. Laptev, „računarski model je softversko okruženje za računarski eksperiment koji kombinuje, na osnovu matematičkog modela pojave ili procesa, sredstva interaktivne interakcije sa eksperimentalnim objektom i razvoj alata za prikaz informacija... Kompjuterski modeli su glavni predmet računarske fizike, čija je posebna metoda računarski eksperiment, kao što je prirodni eksperiment karakteristična metoda eksperimentalne fizike. Akademik V.G. Razumovsky napominje da se „uvođenjem računara u obrazovni proces povećavaju mogućnosti mnogih metoda naučnog saznanja, posebno metode modeliranja, koja vam omogućava da dramatično povećate intenzitet učenja, budući da se tokom modeliranja ističe sama suština fenomena. i njihova zajednička stvar postaje jasna.”
Sadašnje stanje računarskog učenja karakteriše veliki skup programa obuke koji se značajno razlikuju po kvalitetu. Činjenica je da su u početnoj fazi kompjuterizacije škola nastavnici koji su koristili računarsku obuku kreirali svoje programe obuke, a kako nisu bili profesionalni programeri, programi koje su kreirali bili su neefikasni. Stoga, uz programe koji omogućavaju učenje zasnovano na problemima, kompjuterske simulacije i tako dalje, postoji veliki broj primitivnih programa obuke koji ne utiču na efikasnost učenja. Dakle, zadatak nastavnika nije razvoj programa obuke, već sposobnost korištenja gotovih visokokvalitetnih programa koji zadovoljavaju savremene metodološke i psihološko-pedagoške zahtjeve.
Jedan od osnovnih kriterija didaktičkog značaja programa modeliranja je mogućnost izvođenja istraživanja koja je ranije bila neizvodljiva u uslovima školske laboratorije za fiziku. U sadržaju fizičkog vaspitanja postoji niz dijelova, u kojima eksperiment punog opsega samo kvalitativno opisuje pojavu ili proces koji se proučava. Upotreba kompjuterskih modela bi takođe omogućila da se izvrši kvantitativna analiza ovih objekata.
Jedan od takvih odjeljaka školske fizike je molekularna fizika, stanje kompjuterskog učenja u kojem ćemo analizirati. Proučavajući ga, studenti se susreću sa kvalitativno novim oblikom kretanja materije - toplotnim kretanjem, u kojem, pored zakona mehanike, deluju i zakoni statistike. Eksperimenti na terenu (Brownovsko kretanje, difuzija, interakcija molekula, isparavanje, površinski i kapilarni fenomeni, vlaženje) potvrđuju hipotezu o molekularnoj strukturi materije, ali nam ne dozvoljavaju da sagledamo mehanizam tekućih fizičkih procesa. Mehanički modeli: Sternov eksperiment, Galtonova ploča, instalacija za demonstriranje zakona o plinu omogućavaju ilustriranje Maxwellovog zakona o raspodjeli molekula plina po brzinama i eksperimentalno dobivanje odnosa između tlaka, volumena i temperature neophodnih za izvođenje zakona o plinu.
Upotreba moderne elektronske i elektronske računarske tehnologije može značajno dopuniti formulaciju i izvođenje eksperimenta. Nažalost, broj radova na ovu temu je vrlo mali.
U radu je opisana upotreba računara za demonstriranje zavisnosti brzine molekula različitih gasova od temperature, proračun promene unutrašnje energije tela tokom isparavanja, topljenja i kristalizacije, kao i upotreba računara. u obradi laboratorijskih radova. Takođe daje opis lekcije o određivanju efikasnosti idealnog toplotnog motora zasnovanog na Carnot ciklusu.
Metodologiju za postavljanje eksperimenta pomoću elektronskih i elektronskih računara opisao je V.V. Laptev. Šema eksperimenta izgleda ovako: izmjerene vrijednosti - senzori - analogno-digitalni pretvarač-mikrokalkulator MK-V4 ili Yamaha kompjuter. Prema ovom principu, dizajnirana je univerzalna elektromehanička instalacija za proučavanje plinskih zakona u školskom predmetu fizike.
U knjizi A.S. Kondratieva i V.V. Lapteva „Fizika i kompjuter“ razvijeni su programi koji u obliku grafikona analiziraju formulu za Maksvelovu raspodelu molekula po brzinama, koriste Boltzmannovu raspodelu za izračunavanje visine uspona i proučavaju Carnot ciklus.
I.V. Grebenev predstavlja program koji simulira prenos toplote sudarom čestica dva tela.
U članku "Modeliranje laboratorijskog rada fizičke radionice" V.T. Petrosyan i drugi sadrži program za modeliranje Brownovog kretanja čestica čiji se broj određuje eksperimentom.
Najpotpuniji i najuspešniji razvoj sekcije molekularne fizike je obrazovni računarski kurs "Otvorena fizika" DOO SC FIZIKA. U njemu predstavljeni modeli pokrivaju čitav kurs molekularne fizike i termodinamike. Za svaki eksperiment prikazana je kompjuterska animacija, grafikoni i numerički rezultati. Programi dobre kvalitete, jednostavni za korištenje, omogućavaju vam da promatrate dinamiku procesa prilikom promjene ulaznih makro parametara.
Istovremeno, po našem mišljenju, ovaj računarski kurs je najpogodniji za konsolidaciju obrađenog gradiva, ilustrovanje fizičkih zakona i samostalan rad studenata. Ali korištenje predloženih eksperimenata kao kompjuterskih demonstracija je teško, budući da nemaju metodološku podršku, nemoguće je kontrolirati vrijeme procesa koji je u toku.
Treba napomenuti da do sada „nema utvrđen stav o određenoj indikaciji: gde i kada koristiti računar u procesu učenja, nije stečeno praktično iskustvo u proceni uticaja računara na efikasnost učenja, ne postoje utvrđeni regulatorni zahtjevi za vrstu, vrstu i parametre hardvera i obrazovnog softvera".
Pitanja o metodičkoj podršci pedagoškog softvera postavili su I.V. Grebenev. „Najvažnijim kriterijumom efikasnosti kompjuterskog učenja verovatno treba smatrati mogućnost da učenici steknu nova, važna znanja iz predmeta u dijalogu sa računarom, kroz takav nivo ili sa takvom prirodom kognitivne aktivnosti koja je nemoguća sa učenje bez mašina, pod uslovom, naravno, da njihov pedagoški efekat i da plati vreme nastavnika i učenika."
To znači da je da bi upotreba računara donela stvarne koristi, potrebno je utvrditi na koji način je postojeća metodologija nesavršena, te pokazati koja svojstva računara i na koji način mogu povećati efikasnost obuke.
Analiza stanja kompjuterske simulacije pokazuje da:
1) kompjuterska simulacija je predstavljena malim brojem programa uopšte, a posebno onih koji modeliraju fizičke procese na osnovu odredbi molekularne kinetičke teorije (MKT);
2) u programima koji simuliraju na osnovu MCT-a nema kvantitativnih rezultata, već se odvija samo kvalitativna ilustracija nekog fizičkog procesa;
3) u svim programima nije prikazana veza između mikroparametara sistema čestica i njegovih makroparametara (pritisak, zapremina i temperatura);
4) ne postoji razvijena metodologija za izvođenje nastave korišćenjem kompjuterskih simulacionih programa za veći broj fizičkih procesa MCT.
Ovo određuje relevantnost studije.
Predmet proučavanja je proces učenja u srednjoj školi.
Predmet istraživanja je proces upotrebe računarske simulacije u nastavi fizike u srednjoj školi.
Svrha studije je proučavanje pedagoških mogućnosti kompjuterskog modeliranja i razvoj metodičke podrške za korištenje programa za kompjutersko modeliranje na osnovu gradiva školskog predmeta fizike.
Na osnovu svrhe studije u radu su postavljeni sljedeći zadaci:
1) sprovesti holističku analizu mogućnosti korišćenja računarske simulacije u procesu učenja;
2) utvrđuje psihološke i pedagoške uslove za obrazovne računarske modele;
3) analizira domaće i strane računarske programe koji simuliraju fizičke pojave i daju realan efekat učenja;
4) izradi program računarske simulacije na osnovu gradiva fizičkog sadržaja srednjeg opšteg obrazovanja (odjeljak "Molekularna fizika");
5) provjeri primjenu eksperimentalnog programa kompjuterske simulacije i ocijeni njegov didaktičko-metodički rezultat.
Istraživačka hipoteza.
Kvalitet znanja, vještina i informatička kultura učenika može se poboljšati ako se u procesu nastave fizike koriste programi kompjuterske simulacije čija je metodološka podrška:
Adekvatno teorijskim osnovama kompjuterskog modeliranja u toku zadataka obuke definisano je mjesto, vrijeme, oblik upotrebe obrazovnih računarskih modela;
Provodi se varijabilnost oblika i metoda upravljanja aktivnostima učenika;
Školarci se osposobljavaju za prelazak sa stvarnih objekata na modele i obrnuto.
Metodološka osnova studije su: sistemski i aktivnosti pristupi proučavanju pedagoških pojava; filozofske, kibernetičke, psihološke teorije kompjuterskog modeliranja (A.A. Samarsky, V.G. Razumovskiy, N.V. Razumovskaya, B.A. Glinsky, B.V. Biryukov, V.A. Shtoff, V.M. Glushkov i drugi); psihološke i pedagoške osnove kompjuterizacije obrazovanja (V.V. Rubcov, E.I. Mashbits) i koncept razvoja obrazovanja (L.S. Vygotsky, D.B. Elkonin, V.V. Davydov, N.F. Talyzina, P. Ya. Galperin).
Metode istraživanja:
Naučno-metodološka analiza filozofske, psihološke, pedagoške i metodološke literature o problemu koji se proučava;
Analiza iskustva nastavnika, analiza sopstvenog iskustva nastave fizike u srednjoj školi i metoda fizike na univerzitetu;
Analiza modeliranja kompjuterskih programa o molekularnoj fizici domaćih i stranih autora u cilju utvrđivanja sadržaja programa;
Modeliranje fizičkih pojava u molekularnoj fizici;
Računalni eksperimenti zasnovani na odabranim simulacijskim programima;
Ispitivanje, razgovor, zapažanje, pedagoški eksperiment;
Metode matematičke statistike.
Istraživačka baza: škole br. 3, 11, 17 Vologde, Vologdski državni prirodno-matematički licej, Fizičko-matematički fakultet Vologdskog državnog pedagoškog univerziteta.
Studija je izvedena u tri faze i imala je sljedeću logiku.
U prvoj fazi (1993-1995) definisani su problem, svrha, zadaci i hipoteza studije. Analizirana je filozofska, pedagoška i psihološka literatura kako bi se utvrdile teorijske osnove za razvoj i korištenje kompjuterskih modela u procesu učenja.
U drugoj fazi (1995. - 1997.) proveden je eksperimentalni rad u okviru problema koji se proučava, predložena su metodološka rješenja za korištenje programa za kompjutersku simulaciju u nastavi fizike.
U trećoj fazi (1997 - 2000) izvršena je analiza i generalizacija eksperimentalnog rada.
Pouzdanost i validnost dobijenih rezultata garantuju: teorijski i metodološki pristupi proučavanju problema računarske simulacije u obrazovanju; kombinacija kvalitativne i kvantitativne analize rezultata, uključujući korištenje metoda matematičke statistike; metode adekvatne svrsi i predmetu istraživanja; naučno zasnovani zahtjevi za razvoj programa za kompjutersku simulaciju.
Ovo posljednje zahtijeva neko objašnjenje. Razvili smo program za modeliranje dinamike sistema mnogih čestica, čiji se proračun kretanja zasniva na Verlet algoritmu koji koriste H. Gould i J. Tobochnik. Ovaj algoritam je jednostavan i daje precizne rezultate čak i za male vremenske intervale, što je vrlo važno pri proučavanju statističkih obrazaca. Originalni programski interfejs omogućava ne samo da vidite dinamiku procesa i promenite sistemske parametre, popravite rezultate, već takođe omogućava da se promeni vreme eksperimenta, zaustavi eksperiment, sačuva ovaj okvir i započne naknadni rad na model iz njega.
Sistem koji se proučava sastoji se od čestica čije su brzine nasumično postavljene i koje međusobno djeluju u skladu sa zakonima Newtonove mehanike, a sile interakcije između molekula prikazane su Lennard-Johnsonovom krivom, odnosno program sadrži model pravog gasa. Ali promjenom početnih parametara moguće je dovesti model do idealnog plina.
Program kompjuterske simulacije koji smo predstavili omogućava dobijanje numeričkih rezultata u relativnim jedinicama, potvrđujući sledeće fizičke zakone i procese:
a) zavisnost sile interakcije i potencijalne energije čestica (molekula) od udaljenosti između njih;
b) Maksvelovu raspodelu brzina;
c) osnovna jednačina molekularne kinetičke teorije;
d) zakone Boyle-Mariottea i Charlesa;
e) eksperimenti Joule i Joule-Thomson.
Navedeni eksperimenti mogu potvrditi valjanost metode statističke fizike, budući da rezultati numeričkog eksperimenta odgovaraju rezultatima dobijenim na osnovu zakona statistike.
Pedagoški eksperiment potvrdio je djelotvornost metodologije za izvođenje nastave korištenjem kompjuterskih simulacijskih programa.
Naučna novina i teorijski značaj studije:
1. Proveden je sveobuhvatan opis kompjuterskog modeliranja koji se koristi u procesu učenja (filozofsko, kibernetičko, pedagoško).
2. Utvrđeni su psihološki i pedagoški zahtjevi za modele računarske obuke.
3. Primijenjena je metoda kompjuterske simulacije dinamike mnogih čestica, koja je po prvi put u školskom kursu molekularne fizike omogućila izradu kompjuterskog modela idealnog plina, koji omogućava demonstriranje odnosa između mikroparametri sistema (brzina, impuls, kinetika, potencijalna i ukupna energija pokretnih čestica) sa makroparametrima (pritisak, zapremina, temperatura).
4. Na osnovu kompjuterskih simulacionih programa u metodologiji fizike izvedeni su sledeći numerički eksperimenti: dobijena je osnovna jednačina molekularno-kinetičke teorije; prikazan je odnos temperature i kinetičke energije translacionog kretanja čestica (molekula); Modelirani su Joule i Joule-Thomson eksperimenti za idealne i stvarne plinove.
Praktični značaj studije leži u činjenici da se odabrani sadržaji i razvijeni programi kompjuterske simulacije mogu koristiti u srednjoj školi za izvođenje numeričkog eksperimenta o nizu pitanja molekularne fizike. U eksperimentu je razvijena i testirana tehnika izvođenja nastave iz molekularne fizike korištenjem kompjuterskih programa za modeliranje. Materijali i rezultati studije mogu se primijeniti iu procesu nastave studenata pedagoških univerziteta i usavršavanja nastavnika fizike i informatike.
Provedena je aprobacija glavnih materijala i rezultata dobijenih tokom istraživanja
Na međunarodnoj elektronskoj naučno-tehničkoj konferenciji (Vologda, 1999);
Na međuuniverzitetskom naučno-praktičnom skupu „Socijalni aspekti adaptacije mladih na promjenjive uslove života“ (Vologda, 2000.);
Na drugoj regionalnoj naučno-metodološkoj konferenciji "Savremene tehnologije u visokom i srednjem stručnom obrazovanju" (Pskov, 2000);
Na šestoj sveruskoj naučno-praktičnoj konferenciji "Problem obrazovnog fizičkog eksperimenta" (Glazov, 2001);
Prilikom predavanja fizike u srednjim školama grada Vologde, na časovima o metodici nastave fizike sa studentima VSPU, na seminarima za diplomirane studente VSPU i nastavnike katedre za opštu fiziku i astronomiju.
Za odbranu se dostavljaju:
1. Teorijski pristupi upotrebi kompjuterske simulacije u procesu učenja i njena metodološka podrška.
3. Metodika organizovanja i izvođenja nastave fizike u 10. razredu srednje škole pri izučavanju teme "Molekularna fizika" na osnovu programa za kompjutersku simulaciju.
Struktura disertacije.
Struktura disertacije određena je logikom i redoslijedom rješavanja zadataka. Disertacija se sastoji od uvoda, četiri poglavlja, zaključka, bibliografije.
Modeli i modeliranje u modernoj nauci
Trenutno se modeli i modeliranje, kao jedna od metoda razumijevanja svijeta oko nas, široko koriste u nauci, tehnologiji i obrazovanju.
Izraz "model" dolazi od latinske riječi modulus, što znači mjera, obrazac, norma. Holistički pogled osobe na svijet u većini slučajeva odražava se u njegovom umu u obliku određenog fizičkog modela.
U modernoj filozofiji date su sljedeće definicije pojmova modela i simulacije.
„Model (francuski modele) u logici i metodologiji nauke je analog (šema, struktura, znakovni sistem) određenog fragmenta prirodne ili društvene stvarnosti, proizvod ljudske kulture, konceptualnog i teorijskog obrazovanja, itd. originalni model. Ovaj analog služi za skladištenje i proširenje znanja (informacija) o originalu, njegovim svojstvima i strukturama, za njegovu transformaciju ili upravljanje. Sa epistemološke tačke gledišta, model je „predstavnik“, „zamena“ za original u spoznaji i praksi. Rezultati obrade i istraživanja modela pod određenim uslovima, koji se nalaze u logici i metodologiji, a specifični za različite oblasti i tipove modela, prenose se u original. „Modeliranje je metoda proučavanja objekata znanja na njihovim modelima; konstrukcija i proučavanje modela, predmeta i pojava iz stvarnog života (organski i anorganski sistemi, inženjerski uređaji, različiti procesi - fizički, hemijski, biološki, društveni) i konstruisanih objekata radi utvrđivanja ili poboljšanja njihovih karakteristika, racionalizacije metoda njihove konstrukcije, kontrole , itd. P." . U zavisnosti od vrste modela razlikuju se modeliranje objekata i znakova. U modeliranju objekata istraživanje se provodi na modelu koji reproducira određene geometrijske, fizičke ili funkcionalne karakteristike originala. Na primjer, u analognom modeliranju uz pomoć energetskih modela proučavaju se mehanički, akustički, hidrodinamički i drugi fenomeni, budući da je funkcioniranje modela i originala opisano istim diferencijalnim jednadžbama.
“U modeliranju znakova modeli su dijagrami, crteži, formule predloženi na nekom pismu (prirodnim ili umjetnim jezikom) itd.” . Modeliranje je jedna od važnih metoda spoznaje, stoga spada u epistemološku kategoriju. Rezultati dobiveni proučavanjem modela mogu se prenijeti na original ako model odražava svojstva originala.
Ova klasifikacija se zasniva na metodi reprodukcije svojstava originala u modelu. Svi modeli su podijeljeni u dvije klase: materijalni i idealni. Materijalni modeli uključuju modele koji postoje objektivno i koje je stvorio čovjek da bi reproducirali strukturu i suštinu procesa ili fenomena koji se proučava.
Za prostorno slične modele preduslov je njihova geometrijska sličnost sa originalom, jer odražavaju prostorna svojstva i odnose objekta. U ovu grupu spadaju različiti rasporedi, modeli tehničkih uređaja, kristalne rešetke itd.
U fizički sličnim modelima neophodna je sličnost njegove fizičke prirode sa originalom i istovetnost zakona kretanja. Takvi se modeli razlikuju od prirode koju prikazuju samo promjenom prostorne ili vremenske skale. Ova grupa uključuje radne modele različitih tehničkih uređaja, na primjer, elektromotora i generatora, brodova, zrakoplova itd.
Matematički slični modeli funkcionisanja objekata proučavanja trebaju biti opisani istim matematičkim jednadžbama i po pravilu nemaju fizičku i geometrijsku sličnost s originalom. Matematički modeli uključuju analogne, strukturne, digitalne, kibernetičke modele.
Psihološki i pedagoški aspekti učenja na računaru
Poslednjih godina domaći i strani psiholozi obraćaju pažnju na ulogu individualnih karakteristika učenika u procesu učenja. Potraga za načinima očuvanja i daljeg razvoja djetetove individualnosti, njegovih potencijala i sposobnosti dovela je do razvoja koncepata za individualizaciju obrazovanja. Pomoć kroz individualizaciju u realizaciji obrazovnih programa od strane svakog učenika, prevencija neuspjeha učenika; formiranje opšteobrazovnih veština zasnovanih na zoni proksimalnog razvoja svakog učenika; unapređenje obrazovne motivacije i razvoj kognitivnih interesovanja; formiranje ličnih kvaliteta: samostalnost, marljivost, kreativnost - suština individualizacije obrazovanja. Glavna prednost je što vam individualizacija omogućava da sadržaj, metode i tempo aktivnosti učenja djeteta u potpunosti prilagodite njegovim karakteristikama, pratite njegove postupke u svakoj fazi rješavanja problema, pravovremeno prilagodite aktivnosti učenika i nastavnika, prilagodite se na stalno promjenjive, ali kontrolirane situacije učenika i nastavnika. Sve to omogućava učeniku da radi ekonomično, kontroliše troškove svojih snaga i postiže bolje rezultate.
Tehnologija individualizacije obrazovanja obuhvata sve dijelove obrazovnog procesa – ciljeve, sadržaje, metode i sredstva. Karakteristike individualiziranog učenja su humanističke u svojoj filozofskoj osnovi; faktori razvoja: bio-, socio- i psihogeni; princip upravljanja je „tutorski” sistem, pristup djetetu je humano-lični, organizacioni oblici su akademski, individualno-grupni; dominantna metoda je programirana, samorazvijajuća, kreativna. Jedna od opcija za implementaciju individualizacije učenja je razvoj ideja adaptivnog učenja. Uzima u obzir uzrast i individualne karakteristike učenika. Adaptacija se može zasnivati na informacijama prikupljenim iz iskustva učenja svakog učenika ili unapred programiranim. Adaptivni sistem, unapred programiran, obično implementira učenje prema razgranatom programu, pri čemu se, u zavisnosti od prirode učinjene greške, navodi koje se pomoćne radnje izdaju. Sistemi adaptivnog učenja, po pravilu, uzimaju u obzir: a) tačnost odgovora, b) razloge koji su izazvali teškoće u izvršavanju obrazovnih zadataka.
Razvoj tehnologije, razvoj raznih vrsta tehničkih uređaja omogućavaju spajanje mogućnosti tehnologije za individualizaciju obrazovanja uz korištenje savremene kompjuterske tehnologije.
Kompjuterska obuka zasnovana na fleksibilnom i brzom prilagođavanju individualnim karakteristikama svakog učenika u stanju je da spreči pojavu psihičke nelagode, pad samopoštovanja, pad motivacije za učenje, jer je u stanju da uzme u obzir individualnost učenika da maksimum.
L.V. Shenshev opisuje tri varijante adaptivnog učenja. Prva opcija je koncept maksimalne prilagodljivosti engleske kibernetike G. Pasca. Druga je teorija djelomične prilagodljivosti američkog psihologa N. Crowdera. Treći je B. Skinnerov koncept minimalne prilagodljivosti. Autori teorija adaptivnog učenja slični su u procjeni razloga za nisku efikasnost tradicionalnog učenja i u odabiru uklanjanja ovih uzroka. Koncepti adaptivnog učenja nameću određene zahtjeve procesu učenja:
1. Brzo prilagođavanje individualnim karakteristikama učenika, vodeći računa o tempu učenja, dijagnosticiranju uzroka poteškoća, blagovremenom prilagođavanju nastavnog materijala.
2. Kontinuirano i svrsishodno upravljanje afektivno-motivacionom sferom učenika, stabilizacija njegovog stanja. 3. Održavanje kontinuiranog dijaloga, podsticanje aktivnosti učenika.
4. Automatizacija učenja.
Ispunjenje ovih zahtjeva lakše je pripisati učenju na računaru, jer nastavnik nije u stanju da se istovremeno prilagođava različitim učenicima, dok je mašina nepristrasna, strpljiva i neumorna.
Gore navedeni koncepti adaptivnog učenja brzo su ušli u masovnu praksu, što je dovelo do moderne pomame za uređajima za učenje i kompjuterskim programima. Amaterski i primitivni u svojim pedagoškim sposobnostima, zanemarili su osnovnu ideju uzimanja u obzir individualnih karakteristika i stabilizacije pozitivnog emocionalnog stanja učenika. U vezi sa ovakvim stanjem, dovodi se u pitanje efikasnost kompjuterske obuke. Savremeni argument u korist upotrebe kompjutera ponavlja zaključke kreatora adaptivnog učenja. To je važnost uzimanja u obzir dinamike asimilacije i automatizacije učenja, što omogućava nastavniku da ne bude ometen organizacionim zadacima.
Analiza stanja kompjuterske simulacije u sekciji "Molekularna fizika"
U prvom i drugom poglavlju ispitali smo pitanja upotrebe kompjuterskog modeliranja u obrazovanju sa stanovišta epistemologije, pedagogije i psihologije, te odredili njihovo mjesto i funkcije. Upotreba kompjuterskih modela u nastavi fizike omogućava da se pokaže značaj modeliranja kao metode spoznaje okolnog svijeta, doprinosi formiranju apstraktnog mišljenja, razvoju kognitivnog interesa i ovladavanju elementima informatičke kulture. Istovremeno, da bi se bolje realizovale prednosti kao što su mogućnost individualnog učenja, vođenje obrazovnih aktivnosti, vidljivost, simulaciona svojstva računarskih modela, potrebno je identifikovati onaj deo fizike, u kome će upotreba računarske simulacije imaju stvarni učinak učenja, te odrediti metodičke metode za njegovo uključivanje u nastavu.
Teškoća izučavanja predmeta "Molekularna fizika i termodinamika" u osnovnoj srednjoj školi je u tome što se ovdje učenici susreću sa kvalitativno novim oblikom kretanja materije - toplinskim kretanjem, u kojem se, pored zakona mehanike, primjenjuju i zakoni statistike. također primijeniti. Osim toga, terenski eksperimenti (Brownovsko kretanje, difuzija, interakcija molekula, isparavanje, površinski i kapilarni fenomeni, vlaženje) samo potvrđuju hipotezu o molekularnoj strukturi materije, ali nam ne dozvoljavaju da promatramo mehanizam tekućih fizičkih procesa. Mehanički modeli: Sternov eksperiment, Galtonova tabla, instalacija za demonstriranje gasnih zakona omogućavaju da se ilustruje Maksvelov zakon o raspodeli molekula po brzinama i da se eksperimentalno dobiju odnosi između pritiska, zapremine i temperature neophodni za izvođenje gasnih zakona. Povećanje efikasnosti lekcije može obezbediti proširenje i poboljšanje demonstracionog ili laboratorijskog eksperimenta korišćenjem računara (ukazali smo na značaj kompjuterskih modela u proučavanju fizike u). Ovakvi softverski alati za izvođenje demonstracionog eksperimenta u školskom kursu molekularne fizike i termodinamike su dostupni, iako u maloj količini. Urađen je pregled niza radova, a ovdje ćemo predstaviti analizu svih nama poznatih kompjuterskih programa koji se koriste u proučavanju molekularne fizike i termodinamike.
Upotreba moderne elektronske i elektronske računarske tehnologije može značajno poboljšati formulaciju i izvođenje eksperimenta. Opisuje upotrebu računara za demonstriranje zavisnosti brzine molekula azota, vodonika, argona i vazduha od temperature, proračun promene unutrašnje energije tela tokom topljenja i kristalizacije, tokom isparavanja i za gasovito stanje. , kao i korišćenje računara u obradi rezultata laboratorijskog rada.
U istoj knjizi je dat opis lekcije o određivanju efikasnosti idealnog toplotnog motora na osnovu Carnotovog ciklusa. Model Carnotovog ciklusa bio je kompjuter koji programski implementira adijabate i izoterme na ekranu monitora, grafički predstavljajući Carnotov ciklus.
Metodologiju za postavljanje eksperimenta upotrebom elektronske i kompjuterske tehnologije opisao je V.V. Laptev. Koristio je univerzalnost električnog signala, koji ne samo da sadrži potrebne informacije, već se može obraditi i elektronskim računarima. Stoga je potrebno sve neelektrične veličine uključene u eksperiment pretvoriti u električne pomoću primarnih pretvarača - senzora, na čijem se izlazu pojavljuje električni analogni signal, najčešće u obliku električnog napona. Laptev V.V. sa zaposlenima je razvijeno i proizvedeno nekoliko senzora za mjerenje osvjetljenja, temperature i vremena. Signali senzora mogu se fiksirati pokazivačem ili digitalnim mjernim instrumentima. Da bi se prilikom obrade rezultata eksperimenta koristili digitalni elektronski računari, potrebno je analogni signal pretvoriti u digitalni pomoću analogno-digitalnog pretvarača, koristeći za to odgovarajuća mikro kola. Dakle, shema eksperimenta izgleda ovako: izmjerene vrijednosti - senzori - analogno-digitalni pretvarač - mikrokalkulator MK-64 ili kompjuter "Yamaha". Prema ovom principu, dizajnirana je univerzalna elektromehanička demonstracijska instalacija za proučavanje plinskih zakona u školskom predmetu fizike. Vrijednosti tlaka, volumena i temperature izmjerene u eksperimentu fiksiraju se naizmjenično na demonstracionom digitalnom indikatoru i prenose na kompjutersku sabirnicu podataka, koja prikazuje grafikone svih mogućih odnosa između pritiska, zapremine i temperature na ekranu ekrana. Nakon iscrtavanja grafikona, numeričke vrijednosti ovih veličina unose se u RAM računala i mogu se prikazati na ekranu u obliku tabele podataka o iskustvu i koristiti za kvantitativne proračune. Tako studenti imaju priliku da istovremeno sagledaju kvantitativne i kvalitativne karakteristike gasnih procesa.
MOGUĆNOSTI PRIMJENE RAČUNARSKE SIMULACIJE U PROCESU SAMOAKTUALIZACIJE NASTAVNIKA RAČUNARSTVA U SAVREMENOM OBRAZOVNOM PROSTORU
© 2016 E. I. Travkin
cand. ped. nauka, vanredni profesor Katedre za računarske tehnologije i informatizaciju obrazovanja e-mail: e [email protected] en
Kurski državni univerzitet
U članku su prikazane mogućnosti korišćenja računarskog modeliranja kao jedne od metoda za realizaciju samoaktualizacije nastavnika informatike na svim nivoima sistema visokog obrazovanja, karakteristike računarskog modeliranja kao efektivne metode spoznaje u informacionom obrazovnom okruženju. U radu je posebno mjesto dato opisu principa nastave računarskog modeliranja i fazama kompjuterskog modeliranja, čija implementacija doprinosi samoaktualizaciji nastavnika informatike.
Ključne reči: metoda računarske simulacije, model, profesionalna samoaktualizacija nastavnika informatike, višestepeni sistem visokog obrazovanja, stručno usavršavanje.
Jedan od najvažnijih trendova u savremenom stručnom obrazovanju je informatizacija, koja vam omogućava da obrazovni proces dovedete na novi kvalitativni nivo i na nov način otkrijete potencijal nastavnog osoblja u savremenim socio-kulturnim uslovima. Savremeno informaciono okruženje koje se brzo menja i brzo se razvija postavlja velike zahteve za samoaktualizacijom savremenog nastavnika informatike.
Državni program Ruske Federacije "Informaciono društvo (2011-2020)" i Nacionalna doktrina obrazovanja Ruske Federacije do 2025. godine naglašavaju potrebu za značajnim promjenama u pogledu mogućih metoda modernizacije postojećeg obrazovnog procesa u različitim oblastima zasnovanih na korištenju informacionih tehnologija.
Jedna od najefikasnijih nastavnih metoda u savremenim uslovima modernizacije obrazovnog sistema je upotreba računarske simulacije. Kompjutersko modeliranje je prilično univerzalna metoda istraživanja u različitim predmetnim oblastima moderne nauke. Računarsko modeliranje se podrazumijeva kao istraživačka metoda zasnovana na konstrukciji i proučavanju kompjuterskog modela objekta ili procesa [Pikalov 2010]. Glavna specifičnost kompjuterske simulacije je mogućnost njene upotrebe za holističko proučavanje objekta koji se proučava.
Prilikom kreiranja i proučavanja kompjuterskog modela odvija se proces prikazivanja i reprodukcije analognog ili zamjenskog objekta stvarnog ili projektovanog sistema i procesa, ne samo strukture, elemenata, svojstava, već i odnosa i odnosa između elemenata i otkrivaju se spoljašnje okruženje. Kompjutersko modeliranje, koje predstavlja neku vrstu modeliranja, omogućava vam da opišete sistem ili proces koji se proučava samo sa određenim stepenom aproksimacije stvarnosti, uzimajući u obzir postojeće odnose i
uzorci između glavnih komponenti originalnog objekta. Krajnji rezultat kompjuterske simulacije je dobijanje kvantitativnih i kvalitativnih karakteristika neophodnih za analizu sistema ili procesa koji se proučavaju, donošenje odluka o njihovoj optimizaciji i modernizaciji, predviđanje ponašanja u različitim uslovima.
Modeliranje se može definirati kao jedna od glavnih metoda spoznaje, koja je oblik odraza stvarnosti i sastoji se u razjašnjavanju ili reprodukciji određenih svojstava stvarnih predmeta, predmeta i pojava korištenjem drugih objekata, procesa, pojava ili korištenjem apstraktnog opisa u oblik slike, plana, mapa, skupova jednačina, algoritama i programa [Biryukov, Gasteev, Geller 1974].
Budući nastavnik informatike treba da bude sposoban da realizuje svoj lični i profesionalni potencijal u odnosu na sadržajne i teorijske aspekte profesionalne delatnosti. Adekvatnost savremenih pedagoških metoda osigurava produktivnost samoaktualizacije. Široke mogućnosti u rješavanju problema samoaktualizacije pruža metoda kompjuterske simulacije.
Samoaktualizacija je faktor koji osigurava konkurentnost savremenog nastavnika informatike, proširujući njegove lične i profesionalne potencijale u uslovima stalno mijenjajućih složenih zadataka u savremenom obrazovnom prostoru.
Samoaktualizacija je glavni aktualni problem visokog obrazovanja. "Samoaktualizacija" (od latinskog asShaNB - stvaran, stvaran) se smatra željom osobe za što potpunijom identifikacijom i razvojem svojih ličnih sposobnosti [Karpenko 1985].
Profesionalna samoaktualizacija određuje efikasnost formiranja i razvoja budućeg nastavnika informatike u procesu rješavanja sve složenijih problema na različitim nivoima savremenog obrazovanja: u stručnim odjeljenjima (informacione tehnologije), u srednjem stručnom obrazovanju, u sistemu. nastave studenata osnovnih i postdiplomskih studija, u sistemu dodatnog stručnog obrazovanja.
Organizacija procesa učenja zasnovanog na računarskoj simulaciji, usmjerena na samoaktualizaciju nastavnika informatike, zasniva se na sistemu didaktičkih principa koji se ogledaju u radovima klasičnih i savremenih autora - I.P. Podlasogo, Yu.K. Babansky, L.V. Zankova, V.A. Slastenina i dr. Svi didaktički principi predstavljaju jedinstven sistem i usmereni su na ostvarivanje vaspitnih, kognitivnih, razvojnih zadataka, čije rešavanje doprinosi sveobuhvatnoj samoaktualizaciji nastavnika informatike u različitim fazama njegovog formiranja i razvoja. Otkriven je sistem definisanja principa implementacije računarske simulacije u procesu samoaktualizacije budućeg nastavnika informatike, koji odražavaju glavne obrasce obrazovnog procesa. Čini se prikladnim istaknuti sljedeće principe u procesu samoaktualizacije budućeg nastavnika:
1) princip naučnog karaktera, koji predviđa korišćenje u obrazovnom procesu najnovijih dostignuća u oblasti računarskog modeliranja za organizaciju istraživačke i naučnoistraživačke delatnosti studenata;
2) princip pristupačnosti, koji podrazumeva adekvatnost izučavanog gradiva uzrastu i individualnim karakteristikama učenika i stepenu njihove teorijske i praktične osposobljenosti;
3) princip vidljivosti, kojim se obezbeđuje konstrukcija računarskog modela u vizuelnom obliku koji najadekvatnije otkriva bitne veze i odnose sistema ili procesa koji se proučavaju;
4) princip sistematičnosti, koji podrazumeva sagledavanje različitih vrsta kompetencija, stečenih znanja i veština i sposobnosti u sistemu izgradnje svih kurseva obuke i celokupnog sadržaja obuke kao sistema koji su jedan u drugom iu opštem sistemu obuke. informatička kultura, te zahtijevanje racionalne podjele nastavnog materijala na semantičke fragmente i postupnog ovladavanja njima uz stalno osvrtanje na cjelinu;
5) princip sukcesije, koji se sastoji u planiranju sadržaja koji se razvija u uzlaznoj liniji, pri čemu se svako novo znanje oslanja na prethodno i iz njega sledi;
6) princip povezanosti teorije i prakse, koji podrazumeva da stečena znanja učenika stupaju u interakciju sa životom, primenjuju se u praksi, koriste za proučavanje, spoznaju i transformaciju okolnih procesa i pojava; svijest o značaju stečenog znanja doprinosi povećanju interesovanja za učenje, što pozitivno utiče na motivaciju i efektivnost obrazovnih aktivnosti;
7) princip aktivnosti kojim se obezbjeđuje jasno razumijevanje nastavnog materijala koji se proučava. Za organizaciju aktivne asimilacije znanja od strane učenika i razvoj samostalnosti mentalnih radnji tokom obrazovnog procesa, potrebno je postaviti kognitivni zadatak, čije rješenje omogućava motiviranje kreativnog pretraživanja i mentalne aktivnosti;
8) princip fleksibilnosti kompjuterskih modela, shvaćen kao njihova korespondencija sa realnim objektom i njihova konzistentnost sa drugim modelima koji čine sistem znanja u datoj predmetnoj oblasti i sadržaju obrazovanja uopšte, kao i mogućnost brza modernizacija računarskog modela koji se proučava u toku eksperimentalnog rada;
9) princip integrativnosti, koji predviđa mogućnost integracije razvijenih modela u različite uslove obrazovnog prostora; ovaj princip predviđa i integraciju različitih disciplina, sfera i polja djelovanja u cilju rješavanja specifičnih pedagoških problema;
10) princip otvorenosti, koji pruža mogućnost trajne modifikacije kreiranog računarskog modela, u zavisnosti od potreba i uslova obuke.
Organizacija obrazovnog procesa zasnovanog na upotrebi računara
modeliranje u cilju samoaktualizacije nastavnika informatike,
treba slijediti sljedeće korake [Kelton, Lowe 2004]:
Formulacija zadatka;
Prikupljanje podataka (informacija) i definisanje konceptualnog modela;
Utvrđivanje adekvatnosti konceptualnog modela;
Formalizacija ili kreiranje matematičkog modela;
Izrada kompjuterskog modela;
Provjera modela računala;
Planiranje eksperimenata;
Izvođenje eksperimenata s računalnim modelom;
Analiza i interpretacija izlaznih podataka;
Upotreba rezultata.
Identifikovane faze se izvode iterativno, odnosno postoji povratak na
prethodne faze i njihovo ponovno izvođenje kako bi se neke razjasnile
parametri razvijenog modela. Prikazani slijed faza odražava opći pristup izvođenju kompjuterske simulacije na objektima koji se proučavaju i omogućava vam da slijedite metodologiju kompjuterske simulacije prilikom organizacije procesa učenja.
Važno je naglasiti da faze kompjuterske simulacije gotovo u potpunosti odgovaraju fazama istraživačkog učenja. U svom proširenom obliku, istraživačko učenje pretpostavlja da učenik:
Identificira i postavlja problem koji treba riješiti;
Nudi moguća rješenja;
Provjerava ova moguća rješenja;
Na osnovu podataka donosi zaključke u skladu sa rezultatima;
Primjenjuje zaključke na nove podatke; pravi generalizacije.
Prema mišljenju pristalica istraživačkog obrazovanja, obrazovni proces bi trebao idealno modelirati proces naučnog istraživanja, traganje za novim saznanjima [Klarin 1998]. Korespondencija faza, kao i metodologija kompjuterskog modeliranja i istraživačke obuke, omogućava aktivno uvođenje ove metode u proces učenja kao načina za razvoj istraživačkih sposobnosti učenika, što doprinosi samoaktualizaciji budućnosti. nastavnici informatike.
Kao rezultat kompjuterske simulacije, studenti kreiraju kompjuterski model. Kompjuterski model se shvata kao [Lychkina 2000]:
□ uslovna slika objekta ili nekog sistema, opisana uz pomoć međusobno povezanih kompjuterskih tabela, dijagrama toka, dijagrama, grafikona, crteža, fragmenata animacije, hiperteksta itd. i koja prikazuje strukturu i odnose između elemenata objekta - strukturnog -funkcionalni model;
□ poseban program, skup programa, softverski paket koji omogućava, koristeći niz proračuna i grafički prikaz njihovih rezultata, da reproducira (simulira) procese funkcionisanja objekta pod uticajem različitih (uključujući i slučajnih) faktora na njemu - simulacijski modeli. U radu I.Yu. Pikalova utvrđuje da se upotreba simulacije za analizu složenih sistema zasniva na razvoju statističkih metoda ispitivanja (Monte Carlo metoda), koje omogućavaju modeliranje slučajnih faktora korišćenjem računarske tehnologije, što dovodi do bržih proračuna i eksperimenata sa složenim sistemima [Pikalov 2014. ].
Koncept modela daje metodi korišćenja računarske simulacije u obrazovnom procesu širok spektar interdisciplinarnih veza čije je formiranje jedan od osnovnih zadataka samoaktualizacije nastavnika informatike. Sama aktivnost izgradnje modela – modeliranje – je generalizovana vrsta aktivnosti koja karakteriše informatiku [Kasprazhak 2004]. Osim toga, koncepti i metoda modeliranja se proučavaju na modelima različitih predmetnih oblasti, otkrivajući njihovu zajedničku pripadnost. Obračun interdisciplinarnih veza je neophodan uslov za uspješno učenje. Razvoj mišljenja i pogleda učenika zavisi od toga kako se ta veza ostvaruje. Osim toga, ispravna implementacija interdisciplinarnih veza doprinosi formiranju naučnog pogleda na svijet, pomaže učenicima da otkriju odnos između objekata i pojava u svijetu oko njih, te stvara holistički pogled na proučavane pojave i procese stvarnog svijeta [ Volodin 2005].
Organizacija obrazovnog procesa na osnovu interdisciplinarnog povezivanja doprinosi uključivanju učenika u predmetno-praktičnu aktivnost, koja podrazumijeva aktivno sticanje znanja, njihovu kreativnu upotrebu, razvoj kognitivnih sposobnosti.
aktivnost i samostalnost, formiranje naučnog pogleda na svijet. Formiranje interdisciplinarnih veza zasnovanih na modeliranju određuje se upotrebom niza metoda za sticanje znanja i vještina (analiza, sinteza, indukcija, dedukcija itd.).
Zauzvrat, A.V. Yastrebov u svom istraživanju disertacije [Yastrebov 2003] primjećuje da je „najviši cilj obrazovanja osposobiti stručnjaka koji je sposoban samostalno formulirati probleme u oblasti profesionalne djelatnosti i rješavati ih...“, „... visoko obrazovanje treba obrazovati specijalistu sa samosvesnošću istraživača, bez obzira da li će to biti naučnik u užem smislu reči, naučnik-inženjer ili naučnik-nastavnik.
Proces kreiranja računarskih modela ima ogroman razvojni potencijal i doprinosi efikasnijem toku procesa samoaktualizacije u svim fazama formiranja i razvoja profesionalca u oblasti nastave informatike. Poznavanje osnova kompjuterskog modeliranja je kanal za implementaciju razvojnog obrazovanja, koji vam omogućava da nastavnika dovedete na novi kvalitativni nivo i postignete ne samo visine profesionalne kompetencije, već i lični razvoj.
Bibliografska lista
Biryukov B.V., Gasteev Yu.A., Geller E.S. Modeliranje. M.: BSE, 1974.
Volodin A.A. Kompjutersko simulaciono modeliranje u izučavanju osnova digitalne tehnologije budućih nastavnika tehnologije: dis. ... cand. ped. nauke: 13.00.02. M., 2005
Kelton W., Lowe A. Simulacijsko modeliranje. CS classic. 3rd ed. Sankt Peterburg: Petar; Kijev: BHV Publishing Group, 2004. 847 str.: ilustr.
Klarin M.V. Inovacije u svjetskoj pedagogiji: Učenje zasnovano na istraživanju, igricama, diskusijama, analizi stranog iskustva. M., Riga: Pedagoški centar "Eksperiment", SPC "Eksperiment", 1998. 180 str.: ilustr.
Kratki psihološki rječnik / komp. L.A. Karpenko; ispod totala ed. A.V. Petrovsky, M.G. Yaroshevsky. M.: Politizdat, 1985. 431 str.
Lychkina N.N. Savremeni trendovi u simulacijskom modeliranju // Glasnik Univerziteta. Serija "Sistemi upravljanja informacijama". M.: GUU, 2000. br. 2.
Pikalov I.Yu. Studij kompjuterskog modeliranja na predmetu "Informacijske i komunikacijske tehnologije u nauci i proizvodnji" // Nauka i suvremenost. 2010. br. 6-1. str. 307-312.
Pikalov I.Yu. Primjena simulacijskog modeliranja i ekspertnih sustava u ekonomskoj analizi // Auditorium. Elektronski naučni časopis Kurskog državnog univerziteta. 2014. br. 4 (4). str. 93-95. URL: http://auditorium.kursksu.ru/pdf/004-017.pdf
Izborni predmeti u specijalističkom obrazovanju: Obrazovna oblast "Informatika" /pod opš. ed. A.G. Kasprazhak, Ministarstvo obrazovanja Ruske Federacije - Nacionalni fond za obuku. M.: Vita-Press, 2004. 112 str.
Yastrebov A.V. Modeliranje naučnog istraživanja kao sredstvo optimizacije obuke studenta pedagoškog univerziteta: dis. doc. ped. nauke: 13.00.08. M., 2003.
Lewy A. Planiranje školskog kurikuluma. Pariz, 1977.
Istorijski konzistentna „invazija“ informaciono-komunikacionih tehnologija (IKT) u predmetnu obuku u oblasti obrazovanja fizike i matematike (kako u školi tako i na univerzitetu), počevši od 60-ih godina XX veka, ažurirala je procese formiranja takvih novih koncepata moderne didaktike, koji utiču na formiranje ciljeva učenja, kao što su „algoritamska kultura“, „računarska pismenost“, „IKT kompetencija“, „informaciona kultura“. Istovremeno, glavni trend je jačanje uloge znanja o matematičkom (u opštem slučaju informacionom) modeliranju kao osnovi za implementaciju IKT-a u sadržaje obnavljanja obrazovanja.Matematika se sve više i uspješnije koristi za rješavanje tako specifičnih problema koji zahtijevaju individualni pristup bez šablona u njihovoj formalizaciji. Suočen s takvim problemom, matematičar prvo nastoji da ga formuliše riječima, odnosno da izgradi verbalni model koji odražava sve bitne aspekte fenomena, a ostavlja po strani one sporedne. Zatim ovaj verbalni model treba formalizirati, odnosno izgraditi matematički model objekta koji se proučava. Konstruisani model se proučava pomoću matematičkih alata.
Upotreba ICT alata proširuje mogućnosti kompjuterskog matematičkog modeliranja, omogućava izgradnju informacionih modela kako bi se izabrala najoptimalnija metoda za rješavanje problema. Računalni model je klasa simboličkih modela koji opisuju informacijske procese u objektima različite prirode. U nastavi modeliranje i model djeluju ne samo kao oruđe i metoda spoznaje predmeta i pojava, već i kao metoda ovladavanja osnovnim bitnim svojstvima i obrascima stvarnosti.
Na osnovu ovih prostorijaaplikacijarelevantne su metode upotrebe kompjuterskih modela u nastavi matematike.
Modeliranje je jedna od glavnih metoda spoznaje, oblik je odraza stvarnosti i sastoji se u razjašnjavanju ili reprodukciji određenih svojstava stvarnih predmeta, predmeta i pojava korištenjem drugih predmeta, procesa, pojava ili korištenjem apstraktnog opisa u obliku slika, plan, mapa, skupovi jednadžbi, algoritmi i programi.
Mogućnosti modeliranja, odnosno prenošenja rezultata dobijenih tokom izgradnje i proučavanja modela na original, zasnivaju se na činjenici da model u određenom smislu prikazuje (reproducira, modelira, opisuje, imitira) neke karakteristike. predmeta od interesa za istraživača.
Model(od lat. modul - mjera, uzorak) - neki materijalni ili mentalno predstavljeni predmet ili pojava koja zamjenjuje izvorni predmet ili pojavu, zadržavajući samo neka od njegovih važnih svojstava, na primjer, u procesu spoznaje ili dizajna.
Matematički modeli se dijele na funkcionalne, strukturne i informacione.
“Modeliranje je skup metoda za izgradnju modela i proučavanje relevantnih pojava, procesa (uključujući proces rješavanja problema), sistema objekata (originala), kao i skup metoda za korištenje rezultata proučavanja modela za određivanje ili precizirati karakteristike samih objekata proučavanja.”
Funkcionalne modele karakterizira uspostavljanje funkcionalnog odnosa koji kombinuje indikatore objekta koji se proučava, pronađene eksperimentalno. Modeli ove vrste izražavaju konstrukciju funkcije vrijednostima argumenta.
Strukturni modeli izražavaju jednu ili drugu pretpostavku (hipotezu) o unutrašnjoj strukturi i odnosima predmeta koji se proučava, što se manifestuje u posmatranim činjenicama. U ovim modelima su vidljive i mjerljive varijable na određeni način (strukturno) povezane sa neuočljivim i nemjerljivim karakteristikama objekta.
Informacijske modele karakterizira činjenica da su u njima funkcionalno dolazne informacije, njihova obrada i povratne informacije povezane. U središtu informacionih modela je prikaz zavisnosti fenomena koji se proučava pomoću određenih akcija na informaciju. Informacijski modeli omogućavaju da se iskustvo proučavanog fenomena opiše u određenom obliku informacija, odnosno provjeri kodiranje i kodiranje poruka, njihove veze i ovisnosti. Sve to omogućava da se u model uvedu kvantitativni i sadržajni aspekti poruka i uspostavi veza između logičkog i deskriptivnog.
Informacijski modeli koji se koriste u školama, po pravilu, nisu univerzalni. Svaki od njih je dizajniran da simulira prilično uski raspon pojava. Savremeni ICT alati omogućavaju ne samo rad sa gotovim modelima objekata, već i njihovu konstrukciju od pojedinačnih elemenata. Informacijski model nikada u potpunosti ne karakterizira objekt. Za isti objekat možete izgraditi različite informacione modele.
Upotreba kompjuterskih tehnologija učenja omogućava modificiranje cjelokupnog nastavnog procesa, implementaciju modela učenja usmjerenog na učenika, intenziviranje nastave, i što je najvažnije, unapređenje samoobuke učenika. Naravno, savremeni računar i interaktivna softversko-metodička podrška zahtevaju promenu oblika komunikacije između nastavnika i učenika, pretvaranje učenja u poslovnu saradnju, a to povećava motivaciju za učenje, dovodi do potrebe za traženjem novih modela. nastave, sprovodi završnu kontrolu (izvještaji, izvještaji, javna odbrana grupnih projektnih projekata).radovi), povećava individualnost i intenzitet učenja.
Računarsko modeliranje, koje je nastalo kao jedna od oblasti matematičkog modeliranja, sa razvojem računarske tehnologije postalo je samostalno i važno polje primjene računara. Računalni modeli se koriste za rješavanje problema o objektima koji se modeliraju
usmjerena na razvoj teorija, hipoteza i njihovu provjeru;
olakšavanje rješavanja praktičnih pitanja;
poboljšanje procesa učenja.
U radu sa modelom zadatak objekta koji se modelira može se formulisati kao cilj, odnosno kao zadatak dobijanja željenog stanja modela. Postavljanje cilja podrazumijeva određivanje uređaja određenog objekta, njegove strukture, osnovnih svojstava i interakcije sa vanjskim svijetom – razumijevanje modela, kao i ciljanu intervenciju u funkcionisanju modela – upravljanje modelom. Upravljanje kompjuterskim modelom obično se odvija u obliku dijaloga između osobe i računara.
Računarski modeli koji se koriste u školama mogu se klasifikovati prema različitim kriterijumima: uzrastu, predmetu, stepenu složenosti, složenosti upravljanja, zadacima razvoja mentalnih sposobnosti i drugim karakteristikama. Dakle, posebno možemo istaći:
razvoj kompjuterskih modela i konstruktora;
Računalni modeli za obuku;
Računalni modeli za obrazovno eksperimentiranje;
Računalni modeli za dijagnostiku;
kompjuterski modeli-simulatori koji imaju za cilj formiranje vještina i sposobnosti.
Kompjuter se može koristiti u različitim režimima učenja, a što je najvažnije, u načinu grafičke ilustracije gradiva koje se izučava, budući da mogućnosti računara u ilustrovanju daleko prevazilaze mogućnosti bilo kojeg papirnog udžbenika, crteža na tabli. Računar kao instrument za crtanje ima niz prednosti u odnosu na šestare i ravnala. Dakle, za sliku tijela okretanja potrebno je konstruirati sliku kružnice koja je elipsa. Međutim, šestar i ravnalo se mogu koristiti za izradu približne slike elipse, koja nije uvijek dobrog kvaliteta. Uz pomoć kompjutera možete kreirati veliki broj različitih modela geometrijskih oblika, što je teško u slučaju materijalnih modela, kako tehnički tako i materijalno.
Potreba za uključivanjem informacionih tehnologija u proces nastave matematike je iz više razloga.
Jedna od njih je da je upotreba informacionih tehnologija u svim sferama ljudskog života danas postala neophodan uslov za uspešno funkcionisanje u savremenom informacionom društvu i stoga treba da se odnosi i na školsko obrazovanje.
Drugi je zbog sadržaja predmeta. Na časovima matematike učenici dosta rade sa grafičkim prikazom prostornih geometrijskih oblika, koji ne odražavaju uvijek jasno njihova svojstva. Stoga su od posebnog interesa grafički uređivači koji vam omogućavaju da kreirate i modificirate kompjuterske modele geometrijskih objekata.
I, konačno, mogućnosti informacionih tehnologija u izvođenju kompjuterskog eksperimenta sa ciljem samostalnog dobijanja novih znanja o geometrijskom objektu na osnovu proučavanja kompjuterskog modela, čini ove tehnologije jednim od alata znanja u procesu učenja.
Razmotrite neke od prednosti kompjuterskih modela prostornih geometrijskih oblika u poređenju sa tradicionalnim modelima (mašice, modeli od drveta ili metala, plastike), kao i crteže i crteže napravljene na tabli ili na papiru za udžbenike.
Mogućnost brzog kreiranja velikog broja raznih kompjuterskih modela geometrijskih oblika, što je teško u slučaju materijalnih modela, kako tehnički tako i materijalno.
Ponovljeno upućivanje na kompjuterski model kako bi se on demonstrirao, što uzrokuje poteškoće sa tradicionalnim modelima.
Trenutno kopiranje kompjuterskih modela za samostalni rad u učionici, što je nemoguće pri radu sa materijalnim modelima i teško sa crtežima i crtežima.
Sposobnost dinamičke promjene kvantitativnih karakteristika objektnog modela, što je potpuno isključeno u slučaju tradicionalnih modela.
Učenici su zainteresirani za rad zasnovan na modeliranju i uživaju u učenju geometrije samostalno. Ovo ne samo da ima pozitivan učinak na motivaciju učenja, već i ulijeva povjerenje u izvođenje novog zadatka, čime se osigurava produktivnost obrazovne i kognitivne aktivnosti.
Upotreba IKT-a u nastavi matematike omogućava nastavniku da smanji vrijeme za proučavanje gradiva zbog vizualizacije.
Upotreba informacionih tehnologija u nastavi poboljšava kvalitet znanja, proširuje vidike školske matematike. Pored toga, računar potencijalno priprema učenike za život u savremenim uslovima, za analizu velikog toka informacija i donošenje odluka.
Nastava računarskog modeliranja u školskom kursu informatike
U našem istraživačkom radu pretpostavljamo da je najefikasniji u smislu razvoja kreativnih sposobnosti učenika materijal povezan sa informatičkim modeliranjem. Prije testiranja ove hipoteze, razmotrimo mjesto i značaj kompjuterskog modeliranja, ciljeve i zadatke nastave računarskog modeliranja, te koncepte koji se formiraju u nastavi modeliranja.
Mjesto i značaj računarskog modeliranja u školskom predmetu informatike
U obaveznom minimalnom sadržaju obrazovanja iz informatike nalazi se linija „Modeliranje i formalizacija“, koja je, uz liniju informacija i informacionih procesa, teorijska osnova osnovnog predmeta informatike.
Ne treba smatrati da je tema modeliranja čisto teorijska i autonomna od svih ostalih tema. Većina sekcija osnovnog kursa direktno se odnosi na modeliranje, uključujući i teme vezane za tehnološku liniju predmeta. Tekstualne i grafičke uređivače, DBMS, procesore tabela, kompjuterske prezentacije treba smatrati alatima za rad sa informacionim modelima. Algoritamizacija i programiranje su takođe direktno povezani sa modeliranjem. Shodno tome, linija modeliranja je unakrsna za mnoge dijelove osnovnog kursa.
Prema Bešenkovu S.A. i druge teme "Informacije i informacioni procesi" i "Formalizacija i modeliranje" su ključne teme u predmetu informatike. Ove teme kombinuju tradicionalne teme kursa kao što su "Algoritmi i izvršioci", "Informaciona tehnologija" itd. u jednu celinu.
Kreatori autorskih kurseva "Informatika u igricama i zadacima" i "Informatika-plus" smatraju da je osnovni zadatak školskog predmeta informatika formiranje i razvoj sposobnosti analize i izgradnje informaciono-logičkih modela.
Boyarshinov M.G. smatra primjerenim uvesti kurs kompjuterskog modeliranja u okviru predmeta informatika, čija će svrha biti upoznavanje studenata sa metodama rješavanja problema iz fizike, hemije, matematike, ekonomije, ekologije, medicine, sociologije, humanitarnih disciplina , projektantsko-tehnološki problemi primjenom savremene računarske tehnologije.
Kuznjecov A.A., Bešenkov S.A., Rakitina E.A. smatraju da su glavne komponente predmeta informatika, koje mu daju sistemski karakter, "Informacioni procesi", "Informacioni modeli", "Informacione osnove upravljanja". Rješenje problema uvijek počinje modeliranjem: izgradnjom ili odabirom više modela: model sadržaja problema (formalizacija uslova), objektni model izabran kao radni za rješavanje ovog specifičnog problema, model (metod ) rješenja i model procesa rješavanja problema.
Dakle, proučavanje informacijskih procesa, kao i bilo kojeg fenomena vanjskog svijeta općenito, zasniva se na metodologiji modeliranja. Specifičnost računarstva je u tome što koristi ne samo matematičke modele, već i modele različitih oblika i tipova (tekst, tabela, slika, algoritam, program) – informacione modele. Koncept informacionog modela daje kursu informatike taj širok spektar interdisciplinarnih veza., čije je formiranje jedan od osnovnih zadataka ovog predmeta u osnovnoj školi. Sama aktivnost izgradnje informacionog modela - informaciono modeliranje je generalizovana vrsta aktivnosti koja karakteriše upravo informatiku.
Jedna od efikasnih metoda razumijevanja okolne stvarnosti je metoda modeliranja, koja je moćno analitičko sredstvo koje uključuje cijeli arsenal najnovijih informacionih tehnologija.
Generalizirajuća priroda koncepta "informacijskog modeliranja" posljedica je činjenice da se u radu s informacijama uvijek ili bavimo gotovim informacionim modelima (djelujemo kao njihov promatrač) ili razvijamo informacijske modele.
Informaciono modeliranje nije samo predmet proučavanja računarstva, već i najvažniji način kognitivnih, obrazovnih i praktičnih aktivnosti. Može se smatrati i metodom naučnog istraživanja i samostalnom djelatnošću.
Zubko I.I. informatičko modeliranje definira kao "novu opću naučnu metodu spoznaje objekata okolne stvarnosti (stvarne i idealne), usmjerenu na korištenje kompjutera." Modeliranje se posmatra kao način spoznaje, s jedne strane, i kao sadržaj koji učenici moraju naučiti, s druge strane. Autor smatra da je najefikasnija nastava studenata informatičkog modeliranja moguća ako se metod projekata implementira u praksi, integrirajući istraživački, samostalni i kreativni rad na različite načine.
Galygina I.V. smatra da obuku iz informatičkog modeliranja treba provoditi na temelju sljedećih pristupa:
model, u skladu sa kojim se modeliranje smatra oruđem znanja, predmetom proučavanja i sredstvom učenja;
objekt, što podrazumijeva odabir i analizu različitih tipova objekata: predmeta proučavanja, informacionog modela kao novog objekta, objekata jezika modeliranja koji se koriste za izgradnju modela.
Informaciono modeliranje u pedagogiji može se posmatrati u tri aspekta, kao što su:
alat za spoznaju, budući da se sticanje novih znanja o realnom objektu, odgovarajućem informacionom modelu, objektima jezika modeliranja koji se koristi za opisivanje ovog modela dešava u procesu izgradnje i istraživanja modela;
alat za učenje, budući da je proces učenja u većini slučajeva povezan sa operativnim informacionim modelima predmeta koji se proučava, kao što su verbalni opis, grafička slika,
formulativno predstavljanje pravilnosti, itd.;
predmet proučavanja, budući da se informacioni model može smatrati nezavisnim informacionim objektom, sa svojim svojstvima, svojstvima i karakteristikama.
Glavna razlika između ovih aspekata sa stanovišta učenika je u tome što u prvom slučaju, u procesu kognitivne aktivnosti, učenik sam gradi model predmeta koji se proučava na osnovu vlastitog iskustva, znanja i asocijacija. U drugom slučaju, učeniku se daje model predmeta koji se proučava, koji je razvio nastavnik, autor udžbenika ili tvorac naučne teorije. U potonjem slučaju, skup modela je predmet koji se proučava.
Uključivanjem u sadržajnu liniju "Modeliranje i formalizacija" osnovnog kursa informatike modula "Modeliranje informacija" stvoriće se čvrst temelj za:
svjesno korištenje informacionih modela u obrazovnim aktivnostima;
upoznavanje studenata sa metodologijom naučnog istraživanja;
naknadno dubinsko proučavanje informacionog modeliranja u specijalizovanim kursevima iz računarstva.
Titova Yu.F. smatra da je najvažnija obrazovna funkcija razvoj kreativnog potencijala učenika. Iskustvo stvaralačke aktivnosti formira se kroz rješavanje problematičnih problema različitih pravaca, a posebno kroz istraživačke aktivnosti. Jedan od najvažnijih istraživačkih alata je modeliranje. Autor je razvio metodologiju za nastavu modeliranja u osnovnom kursu informatike, kombinujući teorijski materijal zasnovan na formalizovanom pristupu razvoju i istraživanju modela, i skup istraživačkih zadataka koji obezbeđuju integraciju znanja iz različitih obrazovnih oblasti. Autor smatra da će korištenje ove tehnike kod učenika osigurati razvoj širokog spektra intelektualnih vještina, kao što su apstrakcija i konkretizacija, generalizacija, klasifikacija, analiza i razumijevanje rezultata njihovog djelovanja.
