480 de ruble. | 150 UAH | 7,5 USD ", MOUSEOFF, FGCOLOR, "#FFFFCC",BGCOLOR, "#393939");" onMouseOut="return nd();"> Disertație - 480 RUR, livrare 10 minute, non-stop, șapte zile pe săptămână și sărbători

240 de ruble. | 75 UAH | 3,75 USD ", MOUSEOFF, FGCOLOR, "#FFFFCC",BGCOLOR, "#393939");" onMouseOut="return nd();"> Rezumat - 240 de ruble, livrare 1-3 ore, de la 10-19 (ora Moscovei), cu excepția zilei de duminică

Rozova Natalia Borisovna. Utilizarea modelării computerizate în procesul de învățare: 13.00.01, 13.00.02 Rozova, Natalia Borisovna Utilizarea modelării computerizate în procesul de învățare (Pe exemplul studierii fizicii moleculare într-o școală secundară): Dis. ...cad. ped. Științe: 13.00.01, 13.00.02 Vologda, 2002 163 p. RSL OD, 61:03-13/523-2

Introducere

Capitolul 1. Modele și simulare în știință și predare 14

1.1 Modele și modelare în știința modernă 14

1.2 Aplicarea modelelor în procesul de predare a elevilor 26

1.3 Simularea pe calculator în predare 33

Capitolul 2. Bazele psihologice și pedagogice ale pregătirii informatice 50

2.1 Aspecte psihologice și pedagogice ale pregătirii informatice 50

2.2 Caracteristicile activităților educaționale și managementul acestora pe baza pregătirii informatice 58

Capitolul 3. Metodologia de organizare și desfășurare a lecțiilor de fizică în clasa a X-a a unei școli medii la studierea temei „Fizica moleculară” folosind modelarea computerizată 74

3.1 Analiza stării modelării computerizate în secțiunea „Fizica moleculară” 74

3.2 Caracteristicile programului experimental de simulare pe calculator a dinamicii multor sisteme de particule și posibilitatea utilizării acestuia în procesul educațional 83

3.3 Metodologia de organizare și desfășurare a lecțiilor de fizică în clasa a 10-a la studierea secțiunii „Fizică moleculară” pe baza unui program experimental 92

4.1 Obiectivele experimentului și organizarea implementării acestuia 128

4.2 Analiza rezultatelor experimentului pedagogic 140

Concluzia 147

Introducere în lucrare

Unul dintre cele mai importante domenii ale dezvoltării sociale este educația. Educația „funcționează” pentru viitor; ea determină calitățile personale ale fiecărei persoane, cunoștințele, abilitățile, aptitudinile, cultura comportamentului, viziunea asupra lumii, creând astfel potențialul economic, moral și spiritual al societății. Tehnologiile informaționale sunt unul dintre instrumentele principale în educație, așa că dezvoltarea unei strategii pentru dezvoltarea și utilizarea lor în educație este una dintre problemele cheie. În consecință, utilizarea tehnologiei informatice capătă semnificație națională. Mulți experți cred că în prezent computerul va face posibilă realizarea unei descoperiri calitative în sistemul de învățământ, deoarece profesorul are în mâini un instrument de predare puternic. De obicei, există două direcții principale de informatizare. Primul urmărește să asigure alfabetizarea universală a calculatorului, al doilea - să folosească computerul ca mijloc de creștere a eficacității învățării.

În sistemul de învățământ se disting două tipuri de activități: predare și educaționale. N.F. Talyzin și T.V. Gabay a propus să ia în considerare rolul unui calculator în predare din punctul de vedere al funcției pe care o îndeplinește.

Dacă un computer îndeplinește funcția de gestionare a activităților educaționale, atunci poate fi considerat ca un instrument de predare care înlocuiește un profesor, deoarece computerul modelează activitățile educaționale, pune întrebări și răspunde la răspunsurile și întrebările elevului ca un profesor.

Dacă un computer este folosit doar ca mijloc de activitate educațională, atunci interacțiunea acestuia cu elevii se realizează în funcție de tipul „utilizator de computer”. În acest caz, computerul nu este un instrument de predare, deși poate transmite noi cunoștințe. Prin urmare, atunci când se vorbește despre pregătirea informatică, se referă la utilizarea calculatorului ca mijloc de gestionare a activităților educaționale.

În ciuda faptului că nu există încă o clasificare unificată a programelor de formare, mulți autori disting următoarele cinci tipuri între ele: antrenament, mentorat, învățare bazată pe probleme, simulare și modelare și jocuri. Modelele computerizate au cel mai înalt rang dintre cele de mai sus. Potrivit lui V.V. Laptev, „un model de calculator este un mediu software pentru un experiment de calcul, care combină, pe baza unui model matematic al unui fenomen sau proces, mijloace de interacțiune interactivă cu obiectul experimental și dezvoltarea unui mijloc de afișare a informațiilor... Modelele computerizate sunt obiectul principal pentru fizica computațională, a cărei metodă distinctivă este un experiment computațional, la fel cum metoda distinctivă a fizicii experimentale este un experiment la scară completă.” Academicianul V.G. Razumovsky notează că „odată cu introducerea computerelor în procesul educațional, capacitățile multor metode de cunoaștere științifică cresc, în special metoda modelării, care permite o creștere bruscă a intensității antrenamentului, deoarece în timpul modelării este evidențiată însăși esența fenomenelor. iar comunitatea lor devine clară.”

Starea actuală a pregătirii informatice este caracterizată printr-un set mare de programe de formare care variază semnificativ în calitate. Cert este că în stadiul inițial de informatizare a școlilor, cadrele didactice care au folosit formarea informatică și-au creat propriile programe de formare, iar nefiind programatori profesioniști, programele pe care le-au creat au fost ineficiente. Prin urmare, alături de programele care oferă învățare bazată pe probleme, modelare pe computer și așa mai departe, există un număr mare de programe de antrenament primitive care nu afectează eficacitatea antrenamentului. Astfel, sarcina profesorului devine nu dezvoltarea de programe de formare, ci capacitatea de a utiliza programe gata făcute de înaltă calitate, care îndeplinesc cerințele metodologice și psihologice-pedagogice moderne.

Unul dintre principalele criterii pentru semnificația didactică a programelor de modelare este capacitatea de a efectua cercetări care anterior erau imposibile într-o clasă de fizică școlară. În conținutul educației de fizică școlară există o serie de secțiuni în care un experiment natural descrie doar calitativ fenomenul sau procesul studiat. Utilizarea modelelor computerizate ar face posibilă efectuarea unei analize cantitative a acestor obiecte.

Una dintre aceste secțiuni ale fizicii școlare este fizica moleculară, starea educației informatice în care vom analiza. Studiind-o, elevii întâlnesc o formă calitativ nouă de mișcare a materiei - mișcarea termică, în care, pe lângă legile mecanicii, se aplică și legile statisticii. Experimentele naturale (mișcarea browniană, difuzia, interacțiunea moleculelor, evaporarea, fenomenele de suprafață și capilare, umezirea) confirmă ipoteza structurii moleculare a materiei, dar nu ne permit să observăm mecanismul proceselor fizice care au loc. Modele mecanice: Experimentul lui Stern, placa lui Galton, instalație pentru demonstrarea legilor gazelor fac posibilă ilustrarea legii lui Maxwell a distribuției moleculelor de gaz după viteză și obținerea experimentală a relațiilor dintre presiune, volum și temperatură necesare pentru derivarea legilor gazelor.

Utilizarea tehnologiei moderne electronice și electronice computerizate poate suplimenta semnificativ proiectarea și desfășurarea experimentului. Din păcate, numărul lucrărilor pe această temă este foarte mic.

Lucrarea descrie utilizarea unui computer pentru a demonstra dependența vitezei moleculelor diferitelor gaze de temperatură, calculul modificărilor energiei interne a unui corp în timpul evaporării, topirii și cristalizării, precum și utilizarea unui computer în lucrări de laborator de prelucrare. Iată o descriere a lecției privind determinarea eficienței unui motor termic ideal pe baza ciclului Carnot.

Metodologia de realizare a unui experiment folosind tehnologia informatică electronică și electronică a fost descrisă de V.V. Laptev. Designul experimental arată astfel: mărimi măsurate - senzori - convertor analog-digital - microcalculator MK-B4 sau computer Yamaha. Pe baza acestui principiu, a fost proiectată o instalație electromecanică universală pentru studierea legilor gazelor la cursul de fizică școlară.

În cartea lui A.S. Kondratyev și V.V. Laptev „Fizica și computerul”, au fost dezvoltate programe care analizează sub formă de grafice formula pentru distribuția Maxwelliană a moleculelor în funcție de viteză, utilizarea distribuției Boltzmann pentru a calcula înălțimea creșterii și studiul ciclului Carnot.

I.V. Grebenev prezintă un program care simulează transferul de căldură prin ciocnirea particulelor a două corpuri.

În articolul „Modelarea lucrărilor de laborator a unui atelier fizic” V.T. Petrosyan și alții conțin un program pentru simularea mișcării browniene a particulelor, al cărui număr este determinat prin experiment.

Cea mai completă și de succes dezvoltare a secțiunii de fizică moleculară este cursul educațional de computer „Open Physics” al Centrului Științific pentru Fizică LLP. Modelele prezentate în acesta acoperă întregul curs de fizică moleculară și termodinamică. Pentru fiecare experiment sunt prezentate animații computerizate, grafice și rezultate numerice. Programele sunt de bună calitate, ușor de utilizat și vă permit să observați dinamica procesului atunci când schimbați macroparametrii de intrare.

În același timp, în opinia noastră, acest curs de computer este cel mai potrivit pentru consolidarea materialului acoperit, ilustrarea legilor fizice și munca independentă a studenților. Dar utilizarea experimentelor propuse ca demonstrații pe computer este dificilă, deoarece acestea nu au suport metodologic și este imposibil de controlat timpul procesului în desfășurare.

Trebuie remarcat faptul că, până în prezent, „nu s-a dezvoltat nicio viziune stabilită cu privire la o anumită instrucțiune: unde și când trebuie utilizat un computer în procesul de învățare, nu a fost dobândită experiență practică în evaluarea impactului unui computer asupra eficacității instruire, nu există cerințe de reglementare stabilite pentru tipul, tipul și parametrii software-ului educațional hardware."

Întrebări privind suportul metodologic pentru software pedagogic au fost ridicate de I.V. Grebenev. „Cel mai important criteriu pentru eficacitatea învățării pe calculator ar trebui considerat probabil posibilitatea ca studenții să obțină cunoștințe noi, importante pe un subiect în dialog cu un computer, printr-un asemenea nivel sau cu o asemenea natură a activității cognitive care este imposibilă cu mașina. -învățare gratuită, cu condiția, desigur, ca efectul lor pedagogic și să merite investiția în timpul profesorului și al elevului.”

Aceasta înseamnă că, pentru ca utilizarea computerelor să aducă beneficii reale, este necesar să se determine unde metodologia existentă este imperfectă și să se arate care proprietăți ale computerului și cum pot crește eficiența învățării.

Analiza stării modelării computerizate indică faptul că:

1) modelarea pe calculator este reprezentată de un număr mic de programe în general și în special de cele care simulează procese fizice bazate pe principiile teoriei cinetice moleculare (MKT);

2) în modelarea programelor bazate pe MCT nu există rezultate cantitative, ci doar o ilustrare calitativă a unui proces fizic;

3) în toate programele nu există nicio legătură între microparametrii sistemului de particule și macroparametrii acestuia (presiune, volum și temperatură);

4) nu există o metodologie dezvoltată pentru desfășurarea lecțiilor folosind programe de modelare computerizată pentru o serie de procese fizice de MCT.

Aceasta determină relevanța studiului.

Obiectul studiului este procesul de învățare într-o școală secundară.

Subiectul studiului este procesul de utilizare a modelării computerizate în predarea fizicii într-o școală secundară.

Scopul studiului este de a studia posibilitățile pedagogice ale modelării pe calculator și de a dezvolta suport metodologic pentru utilizarea programelor de modelare pe calculator bazate pe materialul unui curs de fizică școlară.

Pe baza scopului studiului, în lucrare au fost stabilite următoarele sarcini:

1) efectuează o analiză holistică a posibilităților de utilizare a simulării pe calculator în procesul de învățare;

2) determina cerințele psihologice și pedagogice pentru modelele informatice educaționale;

3) analizează programe informatice interne și străine care simulează fenomene fizice și dau un efect real de învățare;

4) elaborarea unui program de modelare pe calculator bazat pe materialul conținutului fizic al învățământului secundar general (secțiunea „Fizica moleculară”);

5) verificarea utilizării unui program experimental de modelare pe calculator și evaluarea rezultatelor didactice și metodologice ale acestuia.

Ipoteza cercetării.

Calitatea cunoștințelor, aptitudinilor și culturii informaționale a elevilor poate fi îmbunătățită dacă, în procesul de predare a fizicii, se folosesc programe de modelare pe calculator, al căror suport metodologic este următorul:

În mod adecvat bazelor teoretice ale modelării computerizate în procesul de învățare, sunt definite sarcinile, locul, timpul și forma de utilizare a modelelor informatice educaționale;

Există variabilitate în formele și metodele de gestionare a activităților elevilor;

Scolarii sunt invatati trecerea de la obiecte reale la modele si inapoi.

Baza metodologică a studiului constă în: abordări sistematice și bazate pe activități ale studiului fenomenelor pedagogice; teorii filozofice, cibernetice, psihologice ale modelării computerizate (A.A. Samarsky, V.G. Razumovsky, N.V. Razumovskaya, B.A. Glinsky, B.V. Biryukov, V.A. Shtoff, V.M. Glushkov și alții); Fundamentele psihologice și pedagogice ale informatizării educației (V.V. Rubtsov, E.I. Mash-bits) și conceptul de educație pentru dezvoltare (L.S. Vygotsky, D.B. Elkonin, V.V. Davydov, N.F. Talyzina, P.Ya. Galperin).

Metode de cercetare:

Analiza științifică și metodologică a literaturii filozofice, psihologice, pedagogice și metodologice privind problema studiată;

Analiza experienței profesorilor, analiza propriei experiențe de predare a fizicii în liceu și a metodelor de fizică la o universitate;

Analiza modelării programelor de calculator pentru fizica moleculară de către autori interni și străini în vederea stabilirii conținutului programului;

Modelarea fenomenelor fizice în fizica moleculară;

Experimente pe calculator bazate pe programe de modelare selectate;

Întrebare, conversație, observație, experiment pedagogic;

Metode de statistică matematică.

Baza de cercetare: școlile nr. 3, 11, 17 din Vologda, Liceul de Matematică Naturală de Stat Vologda, Facultatea de Fizică și Matematică a Universității Pedagogice de Stat Vologda.

Studiul a fost realizat în trei etape și a avut următoarea logică.

În prima etapă (1993-1995), s-au determinat problema, scopul, obiectivele și ipoteza studiului. A fost analizată literatura filozofică, pedagogică și psihologică pentru a identifica fundamentele teoretice ale dezvoltării și utilizării modelelor computerizate în procesul de învățare.

La a doua etapă (1995 - 1997), s-au desfășurat lucrări experimentale în cadrul problemei studiate și au fost propuse dezvoltări metodologice pentru utilizarea programelor de modelare pe calculator în lecțiile de fizică.

La a treia etapă (1997 - 2000), s-a efectuat o analiză și generalizare a lucrărilor experimentale.

Fiabilitatea și validitatea rezultatelor obținute este garantată de: abordări teoretice și metodologice ale studiului problemei modelării computerizate în predare; o combinație de analiză calitativă și cantitativă a rezultatelor, inclusiv utilizarea metodelor statistice matematice; metode adecvate scopului și obiectului studiului; cerințe bazate științific pentru dezvoltarea unui program de modelare pe calculator.

Acesta din urmă necesită unele explicații. Am dezvoltat un program de modelare a dinamicii sistemelor multor particule, al cărui calcul se bazează pe algoritmul Verlet utilizat de H. Gould și J. Tobochnik. Acest algoritm este simplu și oferă rezultate precise chiar și pe perioade scurte de timp, iar acest lucru este foarte important atunci când se studiază modelele statistice. Interfața originală a programului vă permite nu numai să vedeți dinamica procesului și să modificați parametrii sistemului, înregistrând rezultatele, dar face și posibilă modificarea timpului experimentului, oprirea experimentului, salvarea acestui cadru și începerea ulterioară. lucrați la model de acolo.

Sistemul studiat este format din particule ale căror viteze sunt stabilite aleatoriu și care interacționează între ele conform legilor mecanicii newtoniene, iar forțele de interacțiune dintre molecule sunt afișate prin curba Lennard-Johnson, adică programul conține un model de un gaz adevărat. Dar prin modificarea parametrilor inițiali, este posibil să aducem modelul la un gaz ideal.

Programul de modelare pe calculator pe care l-am prezentat ne permite să obținem rezultate numerice în unități relative, confirmând următoarele legi și procese fizice:

a) dependența forței de interacțiune și a energiei potențiale a particulelor (moleculelor) de distanța dintre ele;

b) distribuția vitezei lui Maxwell;

c) ecuaţia de bază a teoriei cinetice moleculare;

d) legile Boyle-Mariotte și Charles;

e) experimente Joule și Joule-Thomson.

Experimentele de mai sus pot confirma validitatea metodei fizicii statistice, deoarece rezultatele experimentului numeric corespund rezultatelor obținute pe baza legilor statisticii.

Un experiment pedagogic a confirmat eficacitatea metodologiei de desfășurare a lecțiilor folosind programe de modelare pe calculator.

Noutatea științifică și semnificația teoretică a cercetării:

1. A fost realizată o descriere cuprinzătoare a modelării computerizate utilizate în procesul de învățare (filosofic, cibernetic, pedagogic).

2. Sunt fundamentate cerințele psihologice și pedagogice pentru modelele educaționale informatice.

3. A fost utilizată metoda de simulare pe calculator a dinamicii multor particule, care a făcut posibilă, pentru prima dată într-un curs școlar de fizică moleculară, realizarea unui model computerizat al unui gaz ideal, care să facă posibilă demonstrarea relația dintre microparametrii sistemului (viteză, impuls, cinetică, potențială și energia totală a particulelor în mișcare) cu macroparametrii (presiune, volum, temperatură).

4. Pe baza programelor de modelare pe calculator în metodele fizicii s-au realizat următoarele experimente numerice: s-a obţinut ecuaţia de bază a teoriei cinetice moleculare; este prezentată relația dintre temperatură și energia cinetică a mișcării de translație a particulelor (moleculelor); Au fost simulate experimentele Joule și Joule-Thomson pentru gaze ideale și reale.

Semnificația practică a studiului constă în faptul că conținutul selectat și programele de modelare pe computer dezvoltate pot fi utilizate în școlile secundare pentru a efectua experimente numerice pe o serie de probleme din fizica moleculară. A fost dezvoltată și testată experimental o metodologie pentru desfășurarea lecțiilor de fizică moleculară folosind programe de modelare pe calculator. Materialele și rezultatele studiului pot fi utilizate și în procesul de predare a studenților la universitățile pedagogice și de îmbunătățire a calificărilor profesorilor de fizică și informatică.

S-a efectuat aprobarea principalelor materiale și rezultate obținute în timpul studiului

La conferinţa internaţională ştiinţifică şi tehnică electronică (Vologda, 1999);

La conferința științifică și practică interuniversitară „Aspecte sociale ale adaptării tinerilor la condițiile de viață în schimbare” (Vologda, 2000);

La a doua conferință regională științifică și metodologică „Tehnologii moderne în învățământul profesional superior și secundar” (Pskov, 2000);

La cea de-a șasea conferință științifică și practică din toată Rusia „Problema experimentului fizic educațional” (Glazov, 2001);

Când predați fizica în școlile secundare din orașul Vologda, în cursurile despre metodele de predare a fizicii cu studenții Universității Pedagogice de Stat Vologda, la seminarii pentru studenții absolvenți ai Universității Pedagogice de Stat Vologda și profesorii departamentului de fizică generală și astronomie.

Se depun spre apărare următoarele:

1. Abordări teoretice ale utilizării modelării computerizate în procesul de învățare și suportul metodologic al acesteia.

3. Metodologia de organizare și desfășurare a lecțiilor de fizică în clasa a X-a a unei școli gimnaziale la studierea temei „Fizica moleculară” pe baza unui program de modelare pe calculator.

Structura disertației.

Structura disertației este determinată de logica și succesiunea rezolvării problemelor atribuite. Teza constă dintr-o introducere, patru capitole, o concluzie și o bibliografie.

Modele și simulare în știința modernă

În prezent, modelele și simularea, ca una dintre metodele de înțelegere a lumii din jurul nostru, sunt utilizate pe scară largă în știință, tehnologie și educație.

Termenul „model” provine din cuvântul latin modulus, care înseamnă măsură, model, normă. Viziunea holistică a unei persoane asupra lumii în cele mai multe cazuri este reflectată în conștiința sa sub forma unui anumit model fizic.

În filosofia modernă sunt date următoarele definiții ale conceptelor de model și simulare.

„Un model (modele francez) în logica și metodologia științei este un analog (schemă, structură, sistem de semne) al unui anumit fragment de realitate naturală sau socială, un produs al culturii umane, al educației conceptuale și teoretice etc. modelul original. Acest analog servește la stocarea și extinderea cunoștințelor (informațiilor) despre original, proprietățile și structurile sale, pentru a-l transforma sau gestiona. Din punct de vedere epistemologic, un model este un „reprezentant”, „substitut” al originalului în cunoaștere și practică. Rezultatele prelucrării și studierii modelului în anumite condiții, clarificate în logică și metodologie, și specifice diverselor domenii și tipuri de modele, sunt transferate la original. „Modelarea este o metodă de studiere a obiectelor de cunoaștere pe modelele lor; construirea și studiul modelelor, obiectelor și fenomenelor din viața reală (sisteme organice și anorganice, dispozitive de inginerie, diverse procese - fizice, chimice, biologice, sociale) și obiecte construite pentru determinarea sau îmbunătățirea caracteristicilor acestora, raționalizarea metodelor de construcție, control al acestora ei etc. P." . În funcție de tipul de modele, se disting modelarea subiectului și a semnelor. În modelarea subiectului, cercetarea este efectuată pe un model care reproduce anumite caracteristici geometrice, fizice sau funcționale ale originalului. De exemplu, în modelarea analogică, fenomenele mecanice, acustice, hidrodinamice și altele sunt studiate folosind modele energetice, deoarece funcționarea modelului și a originalului este descrisă prin aceleași ecuații diferențiale.

„În modelarea simbolică, modelele sunt diagrame, desene, formule propuse într-un anumit alfabet (limbaj natural sau artificial), etc.” . Modelarea este una dintre metodele importante de cunoaștere, de aceea aparține categoriei epistemologice. Rezultatele obținute din studierea modelelor pot fi transferate la original dacă modelul reflectă proprietățile originalului.

Această clasificare se bazează pe metoda de reproducere a proprietăților originalului în model. Toate modelele sunt împărțite în două clase: material și ideal. Modelele materiale includ modele care există în mod obiectiv și sunt create de om pentru a reproduce structura și esența procesului sau fenomenului studiat.

Pentru modelele similare din punct de vedere spațial, o condiție prealabilă este asemănarea geometrică cu originalul lor, deoarece ele reflectă proprietățile și relațiile spațiale ale unui obiect. Acest grup include diverse machete, modele de dispozitive tehnice, rețele cristaline etc.

În modelele similare din punct de vedere fizic, sunt necesare asemănarea naturii sale fizice cu originalul și identitatea legilor mișcării. Astfel de modele diferă de natura pe care o înfățișează doar prin schimbarea scarii spațiale sau temporale. Acest grup include modele de operare ale diferitelor dispozitive tehnice, de exemplu, motoare și generatoare electrice, nave, avioane etc.

Modelele similare din punct de vedere matematic de funcționare a obiectelor de cercetare trebuie descrise prin aceleași ecuații matematice și, de regulă, nu au similitudini fizice și geometrice cu originalul. Modelele matematice includ modele analogice, structurale, digitale și cibernetice.

Aspecte psihologice și pedagogice ale pregătirii informatice

În ultimii ani, psihologii autohtoni și străini au acordat atenție rolului caracteristicilor individuale ale elevilor în procesul de învățare. Căutarea modalităților de a păstra și de a dezvolta în continuare individualitatea copilului, potențialul și abilitățile acestuia a condus la dezvoltarea conceptelor pentru individualizarea educației. Promovarea implementării programelor educaționale de către fiecare elev prin individualizare, prevenind eșecul elevului; formarea deprinderilor educaționale generale pe baza zonei de dezvoltare proximă a fiecărui elev; îmbunătățirea motivației educaționale și dezvoltarea intereselor cognitive; formarea calităților personale: independență, muncă asiduă, creativitate - esența individualizării învățării. Principalul avantaj este că individualizarea vă permite să adaptați complet conținutul, metodele și ritmul activității educaționale a unui copil la caracteristicile sale, să îi monitorizați acțiunile în fiecare etapă a rezolvării unei probleme, să faceți ajustări în timp util la activitățile elevului și ale profesorului, să vă adaptați ei la situațiile în continuă schimbare, dar controlate din partea elevului și a profesorului. Toate acestea permit elevului să lucreze economic, să-și controleze consumul de energie și să obțină rezultate mai bune.

Tehnologia individualizării învățării acoperă toate părțile procesului educațional - scopuri, conținut, metode și mijloace. Caracteristicile învățării individualizate sunt umaniste în baza lor filozofică; factori de dezvoltare: bio-, socio- și psihogeni; principiul managementului este sistemul „tutor”, abordarea copilului este umană și personală, formele organizaționale sunt academice, individuale și de grup; Metoda predominantă este programată, autodezvoltare, creativă. Una dintre opțiunile de individualizare a învățării este dezvoltarea de idei pentru învățarea adaptivă. Ia în considerare atât vârsta, cât și caracteristicile individuale ale elevilor. Adaptările pot fi bazate pe informații culese din experiența de învățare a fiecărui elev sau preprogramate. Un sistem adaptativ, programat în prealabil, implementează de obicei antrenamentul după un program ramificat, unde, în funcție de natura erorii făcute, se indică ce influențe auxiliare sunt emise. Sistemele de învățare adaptivă, de regulă, țin cont de: a) corectitudinea răspunsului, b) motivele care au cauzat dificultăți în îndeplinirea sarcinilor educaționale.

Dezvoltarea tehnologiei și dezvoltarea diferitelor tipuri de dispozitive tehnice fac posibilă combinarea capacităților tehnologiei de învățare individualizate cu utilizarea tehnologiei computerizate moderne.

Învățarea pe computer, bazată pe adaptarea flexibilă și rapidă la caracteristicile individuale ale fiecărui elev, este capabilă să prevină apariția disconfortului psihologic, scăderea stimei de sine și scăderea motivației educaționale, deoarece este capabilă să țină cont de individualitatea elevul pe cât posibil.

L.V. Shenshev descrie trei opțiuni pentru învățarea adaptivă. Prima opțiune este conceptul de adaptabilitate maximă a ciberneticianului englez G. Pask. A doua este teoria adaptabilității parțiale a psihologului american N. Crowder. Al treilea este conceptul lui B. Skinner de adaptabilitate minimă. Autorii teoriilor învățării adaptive sunt similari în evaluarea motivelor eficienței scăzute a învățării tradiționale și în alegerea eliminării acestor motive. Conceptele de învățare adaptivă impun anumite cerințe procesului educațional:

1. Adaptare promptă la caracteristicile individuale ale elevilor, ținând cont de ritmul de învățare, diagnosticarea cauzelor dificultăților, ajustarea la timp a materialului educațional.

2. Managementul continuu și direcționat al sferei afective și motivaționale a elevului, stabilizarea stării acestuia. 3. Mentinerea dialogului continuu, stimularea activitatii elevilor.

4. Automatizarea instruirii.

Îndeplinirea cerințelor enumerate este mai ușor de atribuit pregătirii pe calculator, deoarece profesorul nu este capabil să se adapteze simultan la diferiți studenți, în timp ce mașina este imparțială, răbdătoare și neobosită.

Conceptele de învățare adaptivă menționate mai sus au intrat rapid în practică în masă, dând naștere unei nebunie la modă pentru dispozitive educaționale și programe de calculator. Amatori și primitivi în capacitățile lor pedagogice, au ignorat ideea de bază de a lua în considerare caracteristicile individuale și de a stabiliza starea emoțională pozitivă a elevilor. În legătură cu această stare de fapt, este pusă sub semnul întrebării eficiența pregătirii informatice. Argumentele moderne în favoarea utilizării computerelor repetă concluziile dezvoltatorilor de învățare adaptivă. Aceasta include importanța luării în considerare a dinamicii învățării și automatizarea învățării, permițând profesorului să nu fie distras de sarcinile organizaționale.

Analiza stării modelării computerizate în secțiunea „Fizica moleculară”.

În primul și al doilea capitol, am examinat problemele utilizării modelării computerizate în predare din perspectiva epistemologiei, pedagogiei și psihologiei și, de asemenea, am determinat locul și funcțiile acestora. Utilizarea modelelor computerizate în predarea fizicii face posibilă arătarea importanței modelării ca metodă de înțelegere a lumii din jurul nostru, promovează formarea gândirii abstracte, dezvoltarea interesului cognitiv și stăpânirea elementelor culturii informaționale. În același timp, pentru a realiza mai pe deplin avantaje precum posibilitatea de învățare individuală, îndrumarea activităților educaționale, claritatea și proprietățile de imitație ale modelelor computerizate, este necesar să se identifice acea secțiune a fizicii în care se utilizează modelarea computerizată. va da un efect real de învățare și va determina tehnici metodologice pentru includerea acestuia în lecție.

Dificultatea studierii cursului „Fizică moleculară și termodinamică” într-o școală secundară de bază este că aici elevii întâlnesc o formă calitativ nouă de mișcare a materiei - mișcarea termică, în care, pe lângă legile mecanicii, și legile statisticii. aplica. În plus, experimentele naturale (mișcarea browniană, difuzia, interacțiunea moleculelor, evaporarea, fenomenele de suprafață și capilare, umezirea) nu fac decât să confirme ipoteza structurii moleculare a materiei, dar nu ne permit să observăm mecanismul proceselor fizice care au loc. Modele mecanice: Experimentul lui Stern, placa lui Galton, instalatie pentru demonstrarea legilor gazelor fac posibila ilustrarea legii lui Maxwell a distributiei moleculelor dupa viteza si obtinerea experimentala a relatiilor dintre presiune, volum si temperatura necesare derivarii legilor gazelor. Eficacitatea unei lecții poate fi crescută prin extinderea și îmbunătățirea unei demonstrații sau a unui experiment de laborator folosind un computer (am menționat importanța modelelor computerizate în studiul fizicii în). Astfel de instrumente software pentru efectuarea unui experiment demonstrativ în cursul școlar de fizică moleculară și termodinamică sunt disponibile, deși în cantități mici. Am făcut o trecere în revistă a unui număr de lucrări în, și aici vom prezenta o analiză a tuturor programelor de calculator cunoscute de noi utilizate în studiul fizicii moleculare și termodinamicii.

Utilizarea tehnologiei computerizate electronice și electronice moderne poate îmbunătăți semnificativ proiectarea și desfășurarea experimentului. Descrie utilizarea unui computer pentru a demonstra dependența vitezei moleculelor de azot, hidrogen, argon și aer de temperatură, calculul modificărilor energiei interne a unui corp în timpul topirii și cristalizării, în timpul evaporării și pentru starea gazoasă. , precum și utilizarea unui computer la prelucrarea rezultatelor muncii de laborator.

Aceeași carte descrie o lecție despre determinarea eficienței unui motor termic ideal pe baza ciclului Carnot. Modelul ciclului Carnot a fost un computer, care implementează în mod programatic adiabați și izoterme pe ecranul monitorului, reprezentând grafic ciclul Carnot.

Tehnica experimentală folosind tehnologia electronică și informatică a fost descrisă de V.V. Laptev. A folosit versatilitatea semnalului electric, care nu numai că conține informațiile necesare, dar poate fi procesat și prin tehnologia electronică de calcul. Prin urmare, este necesar să se convertească toate cantitățile neelectrice implicate în experiment în cele electrice folosind convertoare primare - senzori, la ieșirea cărora apare un semnal electric analogic, de obicei sub formă de tensiune electrică. Laptev V.V. iar colaboratorii au dezvoltat și fabricat mai mulți senzori pentru măsurarea iluminării, temperaturii și timpului. Semnalele senzorilor pot fi înregistrate folosind indicatori sau instrumente digitale de măsură. Pentru a utiliza calculatoare electronice digitale la procesarea rezultatelor experimentale, este necesar să convertiți semnalul analogic într-unul digital folosind un convertor analog-digital, folosind microcircuite adecvate pentru aceasta. Astfel, designul experimental arată astfel: mărimi măsurate - senzori - convertor analog-digital - microcalculator MK-64 sau computer Yamaha. Pe baza acestui principiu, a fost proiectată o instalație demonstrativă electromecanică universală pentru studierea fizicii legilor gazelor într-un curs școlar. Valorile presiunii, volumului și temperaturii măsurate în experiment sunt înregistrate pe rând pe un indicator digital demonstrativ și introduse în magistrala de date a computerului, care afișează grafice cu toate relațiile posibile dintre presiune, volum și temperatură pe ecranul de afișare. După trasarea graficelor, valorile numerice ale acestor cantități sunt introduse în memoria RAM a computerului și pot fi afișate pe ecranul de afișare sub forma unui tabel de date experimentale și utilizate pentru calcule cantitative. Astfel, studenții au posibilitatea de a observa simultan caracteristicile cantitative și calitative ale proceselor de gaze.

POSIBILITĂȚI DE UTILIZARE A SIMULĂRII INFORMATICĂ ÎN PROCESUL DE AUTOACTUALIZARE A UNUI PROFESOR DE INFORMATICĂ ÎN SPAȚIUL EDUCAȚIONAL MODERN

© 2016 E. I. Travkin

Ph.D. ped. Științe, conferențiar al Departamentului de Tehnologii Calculatoare și Informatizare a Educației e-mail: e travkin@mail. ru

Universitatea de Stat din Kursk

Articolul prezintă posibilitățile de utilizare a modelării computerizate ca una dintre metodele de autoactualizare a unui profesor de informatică la toate nivelurile sistemului de învățământ superior, caracteristicile modelării computerizate ca metodă eficientă de cunoaștere într-un mediu educațional informațional. În lucrare, un loc special este acordat descrierii principiilor predării modelării pe computer și etapelor modelării pe computer, a căror implementare contribuie la autoactualizarea profesorilor de informatică.

Cuvinte cheie: metoda de modelare computerizată, model, autoactualizare profesională a unui profesor de informatică, sistem pe mai multe niveluri de învățământ superior, formare profesională.

Una dintre cele mai importante tendințe în învățământul profesional modern este informatizarea, care face posibilă aducerea procesului educațional la un nou nivel calitativ și dezvăluirea potențialului personalului didactic într-un mod nou în condițiile socioculturale moderne. Mediul informațional modern care se schimbă rapid și se dezvoltă rapid impune mari cerințe pentru autoactualizarea unui profesor modern de informatică.

Programul de Stat al Federației Ruse „Societatea Informațională (2011-2020)” și Doctrina Națională a Educației a Federației Ruse până în 2025 subliniază necesitatea unor schimbări semnificative în ceea ce privește posibilele metode de modernizare a procesului educațional existent în diverse domenii pe baza utilizării a tehnologiei informaţiei.

Una dintre cele mai eficiente metode de predare în condițiile moderne de modernizare a sistemului de învățământ este utilizarea modelării computerizate. Modelarea computerizată este o metodă de cercetare destul de universală în diverse domenii ale științei moderne. Modelarea computerizată este înțeleasă ca o metodă de cercetare bazată pe construcția și studiul unui model computerizat al unui obiect sau proces [Pikalov 2010]. Principala caracteristică specifică a modelării pe computer este posibilitatea utilizării acesteia pentru un studiu holistic al obiectului studiat.

Atunci când se creează și se cercetează un model de calculator, are loc procesul de afișare și reproducere a unui obiect analog sau substitut al unui sistem și proces din viața reală sau proiectată; nu sunt dezvăluite doar structura, elementele, proprietățile, ci și interconexiunile și relațiile dintre elementele și mediul extern. Modelarea computerizată, reprezentând un tip de modelare, vă permite să descrieți sistemul sau procesul studiat doar cu un anumit grad de aproximare la realitate, ținând cont de conexiunile existente și

modele între componentele principale ale obiectului original. Rezultatul final al modelării pe computer este obținerea de caracteristici cantitative și calitative necesare analizării sistemelor sau proceselor studiate, luării de decizii privind optimizarea și modernizarea acestora și prezicerea comportamentului în diferite condiții.

Modelarea poate fi definită ca una dintre principalele metode de cunoaștere, care este o formă de reflectare a realității și constă în clarificarea sau reproducerea anumitor proprietăți ale obiectelor, obiectelor și fenomenelor reale cu ajutorul altor obiecte, procese, fenomene, sau folosind un descriere abstractă sub formă de imagine, plan, hărți, seturi de ecuații, algoritmi și programe [Biryukov, Gasteev, Geller 1974].

Un viitor profesor de informatică trebuie să-și poată realiza potențialul personal și profesional în raport cu conținutul și aspectele teoretice ale activității profesionale. Adecvarea metodelor pedagogice moderne asigură productivitatea autoactualizării. Metoda modelării computerizate oferă oportunități ample pentru rezolvarea problemelor de autoactualizare.

Autoactualizarea este un factor care asigură competitivitatea unui profesor modern de informatică, extinzându-și potențialul personal și profesional în contextul sarcinilor complexe în continuă schimbare în spațiul educațional modern.

Autorealizarea este principala problemă actuală în învățământul superior. „Autorealizarea” (din latinescul asShaNB - valid, prezent) este considerată ca dorința unei persoane de a-și identifica și dezvolta abilitățile personale cât mai deplin posibil [Karpenko 1985].

Autorealizarea profesională determină eficacitatea formării și dezvoltării unui viitor profesor de informatică în procesul de rezolvare a unor probleme din ce în ce mai complexe la diferite niveluri ale învățământului modern: în clasele de specialitate (tehnologia informației), în învățământul secundar profesional, în sistemul de formarea studenților de licență și absolvenți, în sistemul de învățământ profesional suplimentar.

Organizarea procesului de învățare pe baza modelării informatice, care vizează autoactualizarea unui profesor de informatică, se bazează pe un sistem de principii didactice care se reflectă în lucrările autorilor clasici și moderni - I.P. Podlasy, Yu.K. Babansky, L.V. Zankova, V.A. Slastenina etc. Toate principiile didactice reprezintă un singur sistem și au ca scop realizarea sarcinilor educaționale, cognitive, de dezvoltare, a căror rezolvare contribuie la autoactualizarea cuprinzătoare a unui profesor de informatică în diferite etape ale formării și dezvoltării sale. A fost identificat un sistem de principii definitorii pentru implementarea modelării informatice în procesul de autoactualizare a unui viitor profesor de informatică, care reflectă tiparele de bază ale procesului educațional. Pare oportun să evidențiem următoarele principii în procesul de autoactualizare a viitorului profesor:

1) principiul științei, care prevede utilizarea în procesul de învățământ a ultimelor realizări în domeniul aplicării modelării informatice pentru organizarea activităților de cercetare și cercetare științifică a studenților;

2) principiul accesibilității, care presupune adecvarea materialului studiat la vârsta și caracteristicile individuale ale elevilor și la nivelul pregătirii lor teoretice și practice;

3) principiul clarității, care asigură construirea unui model informatic într-o formă vizuală care să dezvăluie cel mai adecvat conexiunile și relațiile esențiale ale sistemelor sau proceselor studiate;

4) principiul sistematicității, care presupune luarea în considerare a diferitelor tipuri de competențe, cunoștințe dobândite și abilități și abilități formate în sistemul de construire a tuturor cursurilor de formare și a întregului conținut al instruirii ca sisteme incluse între ele și în sistemul general de informare; cultura, și care necesită o împărțire rațională a materialului educațional în fragmente semantice și stăpânirea pas cu pas a acestora cu referire constantă la întreg;

5) principiul consecvenței, care constă în planificarea conținutului care se dezvoltă pe linie ascendentă, unde fiecare cunoaștere nouă se construiește pe cea anterioară și decurge din aceasta;

6) principiul conexiunii dintre teorie și practică, implicând faptul că cunoștințele dobândite de studenți interacționează cu viața, sunt aplicate în practică și sunt utilizate pentru cercetarea, cunoașterea și transformarea proceselor și fenomenelor din jur; conștientizarea semnificației cunoștințelor dobândite ajută la creșterea interesului pentru învățare, ceea ce are un efect pozitiv asupra motivației și eficacității activităților educaționale;

7) principiul activității, care prevede o înțelegere clară a materialului educațional studiat. Pentru a organiza asimilarea activă a cunoștințelor de către elevi și dezvoltarea independenței acțiunilor mentale în timpul procesului de învățământ, este necesară propunerea unei sarcini cognitive, a cărei soluție permite motivarea căutării creative și a activității mentale;

8) principiul flexibilității modelelor informatice, înțeles ca conformitatea cu un obiect real și coerența acestora cu alte modele care formează un sistem de cunoaștere într-o anumită disciplină și în conținutul educației în general, precum și posibilitatea de promptare; modernizarea modelului computerizat studiat în timpul lucrului experimental;

9) principiul integrabilităţii, care prevede posibilitatea integrării modelelor dezvoltate în diverse condiţii ale spaţiului educaţional; acest principiu prevede şi integrarea diverselor discipline, sfere şi domenii de activitate în vederea rezolvării unor probleme pedagogice specifice;

10) principiul deschiderii, care oferă posibilitatea modificării constante a modelului computerizat creat în funcție de nevoile și condițiile de învățare.

Organizarea procesului educațional bazat pe utilizarea calculatorului

modelare care vizează autoactualizarea unui profesor de informatică,

ar trebui să urmeze următorii pași [Kelton, Lowe 2004]:

Formularea problemei;

Colectarea datelor (informațiilor) și definirea unui model conceptual;

Determinarea adecvării modelului conceptual;

Formalizarea sau crearea unui model matematic;

Crearea unui model de calculator;

Verificarea modelului calculatorului;

Planificarea experimentelor;

Efectuarea de experimente cu un model de calculator;

Analiza și interpretarea datelor de ieșire;

Folosind rezultatele.

Etapele identificate sunt efectuate iterativ, adică o întoarcere la

etapele anterioare și repetarea lor pentru a clarifica unele

parametrii modelului dezvoltat. Secvența de etape prezentată reflectă abordarea generală a realizării modelării computerizate a obiectelor studiate și vă permite să urmați metodologia modelării computerizate atunci când organizați procesul de învățare.

Este important de subliniat că etapele modelării pe calculator corespund aproape în totalitate etapelor învățării exploratorii. În forma sa extinsă, învățarea prin cercetare presupune că studentul:

Identifică și pune o problemă care trebuie rezolvată;

Oferă soluții posibile;

Testează aceste posibile soluții;

Pe baza datelor, trage concluzii în conformitate cu rezultatele;

Aplica concluziile la date noi; face generalizări.

Potrivit susținătorilor învățării bazate pe investigație, procesul educațional ar trebui să modeleze în mod ideal procesul de cercetare științifică și căutarea de noi cunoștințe [Klarin 1998]. Corespondența etapelor, precum și metodologia modelării computerizate și a predării cercetării, face posibilă introducerea activă a acestei metode în procesul de învățare ca modalitate de dezvoltare a abilităților de cercetare ale studenților, ceea ce contribuie la autoactualizarea viitorului. profesori de informatică.

Ca rezultat al modelării pe computer, elevii creează un model pe computer. Prin model de computer înțelegem [Lychkina 2000]:

□ o imagine convențională a unui obiect sau a unui sistem, descrisă folosind tabele computerizate interconectate, organigrame, diagrame, grafice, desene, fragmente de animație, hipertexte etc. și afișând structura și relațiile dintre elementele obiectului - un model structural-funcțional ;

□ un program separat, un set de programe, un pachet software care permite, folosind o succesiune de calcule și afișarea grafică a rezultatelor acestora, să reproducă (simuleze) procesele de funcționare a unui obiect, sub influența diverselor (inclusiv aleatori) factori ai acesteia - modele de simulare. În opera lui I.Yu. Pikalov determină că utilizarea modelării de simulare pentru analiza sistemelor complexe se bazează pe dezvoltarea unor metode de testare statistică (metoda Monte Carlo), care fac posibilă simularea factorilor aleatorii folosind tehnologia computerizată, ceea ce duce la calcule și experimente mai rapide cu complexe. sisteme [Pikalov 2014].

Conceptul de model conferă metodei de utilizare a modelării computerizate în procesul educațional acea gamă largă de conexiuni interdisciplinare, a căror formare este una dintre sarcinile principale de autoactualizare a unui profesor de informatică. Însăși activitatea de construire a unui model - modelarea - este un tip generalizat de activitate care caracterizează informatica [Kasprazhak 2004]. În plus, conceptele și metoda de modelare sunt studiate pe modele din diferite domenii, dezvăluind caracterul lor comun. Luarea în considerare a conexiunilor interdisciplinare este o condiție necesară pentru succesul învățării. Dezvoltarea gândirii și perspectivei elevilor depinde de modul în care se realizează această conexiune. În plus, implementarea corectă a conexiunilor interdisciplinare contribuie la formarea unei viziuni științifice asupra lumii, îi ajută pe elevi să descopere relațiile dintre obiectele și fenomenele din lumea din jurul lor și creează o înțelegere holistică a fenomenelor și proceselor lumii reale studiate [Volodin 2005].

Organizarea procesului de învățământ pe baza conexiunilor interdisciplinare promovează implicarea elevilor în activități practice legate de materie, care presupun dobândirea activă a cunoștințelor, utilizarea creativă a acestora și dezvoltarea abilităților cognitive.

activitate și independență, formarea unei viziuni științifice asupra lumii. Formarea legăturilor interdisciplinare bazate pe modelare este determinată de utilizarea unui număr de metode de obținere a cunoștințelor și aptitudinilor (analiza, sinteza, inducția, deducția etc.).

La rândul său, A.V. Yastrebov în cercetarea sa de disertație [Yastrebov 2003] notează că „cel mai înalt obiectiv al educației este pregătirea unui specialist care este capabil să formuleze în mod independent probleme în domeniul activității profesionale și să le rezolve...”, „... învățământul superior ar trebui să educați un specialist cu conștiința de sine a unui cercetător, depinde în mod independent dacă acesta va fi un om de știință în sensul restrâns al cuvântului, un om de știință-inginer sau un om de știință-profesor.”

Procesul de creare a modelelor informatice are un potențial de dezvoltare enorm și contribuie la un proces mai eficient de autoactualizare în toate etapele formării și dezvoltării unui profesionist în domeniul predării informaticii. Stăpânirea elementelor de bază ale modelării computerizate este un canal pentru implementarea formării de dezvoltare, care vă permite să aduceți profesorul la un nou nivel calitativ și să atingeți nu numai culmile competenței profesionale, ci și dezvoltarea personală.

Bibliografie

Biryukov B.V., Gasteev Yu.A., Geller E.S. Modelare. M.: TSB, 1974.

Volodin A.A. Modelarea prin simulare pe calculator atunci când studiază fundamentele tehnologiei digitale de către viitorii profesori de tehnologie: dis. ...cad. ped. Științe: 13.00.02. M., 2005

Kelton V., Low A. Modelare prin simulare. CS clasic. a 3-a ed. Sankt Petersburg: Petru; Kiev: BHV Publishing Group, 2004. 847 p.: ill.

Clarin M.V. Inovații în pedagogia globală: Învățare bazată pe cercetare, jocuri, discuții, analiza experienței străine. M., Riga: Centrul Pedagogic „Experiment”, NPC „Experiment”, 1998. 180 p.: ill.

Dicționar psihologic scurt / comp. LA. Karpenko; sub general ed. A.V. Petrovsky, M.G. Yaroshevsky. M.: Politizdat, 1985. 431 p.

Lychkina N.N. Tendințe moderne în modelarea prin simulare // Buletinul Universității. Seria „Sisteme informaționale de management”. M.: Universitatea de Stat de Educație, 2000. Nr. 2.

Pikalov I.Yu. Studierea modelării computerizate la cursul „Tehnologii informaționale și comunicaționale în știință și producție” // Știință și modernitate. 2010. Nr 6-1. p. 307-312.

Pikalov I.Yu. Aplicarea modelării de simulare și a sistemelor expert în analiza economică // Auditorium. Jurnalul științific electronic al Universității de Stat din Kursk. 2014. Nr 4 (4). pp. 93-95. URL: http://auditorium.kursksu.ru/pdf/004-017.pdf

Cursuri opționale în pregătire de specialitate: Domeniul educațional „Informatică” / sub general. ed. A.G. Kasprazhak, Ministerul Educației al Federației Ruse - Fundația Națională de Formare a Personalului. M.: Vita-Press, 2004. 112 p.

Yastrebov A.V. Modelarea cercetării științifice ca mijloc de optimizare a învățării unui student la o universitate pedagogică: dis. doc. ped. Științe: 13.00.08. M., 2003.

Lewy A. Planificarea curriculum-ului școlar. Paris, 1977.

„Invazia” consecventă istoric a tehnologiilor informației și comunicațiilor (TIC) în pregătirea disciplinelor în domeniul educației fizicii și matematicii (atât la școală, cât și la universitate), începând cu anii 60 ai secolului XX, a actualizat procesele de formare a astfel de concepte noi ale didacticii moderne, influențând formarea obiectivelor de învățare, precum „cultura algoritmică”, „alfabetizarea computerului”, „competența TIC”, „cultura informațională”. În același timp, tendința principală este de a consolida rolul cunoștințelor despre modelarea matematică (în general, informațională) ca bază pentru implementarea TIC în conținutul educației actualizate.

Matematica este folosită din ce în ce mai mult și cu succes pentru a rezolva probleme specifice care necesită o abordare individuală, neconvențională, a formalizării lor. Când se confruntă cu o astfel de problemă, un matematician se străduiește mai întâi să o formuleze în cuvinte, adică să construiască un model verbal care să reflecte toate aspectele esențiale ale fenomenului și să le lase deoparte pe cele minore. Apoi acest model verbal trebuie formalizat, sau trebuie construit un model matematic al obiectului studiat. Modelul construit este studiat folosind mijloace matematice.

Utilizarea instrumentelor TIC extinde capacitățile modelării matematice pe calculator și face posibilă construirea de modele informaționale pentru a selecta cea mai optimă metodă de rezolvare a unei probleme. Un model de computer este o clasă de modele iconice care descriu procesele informaționale în obiecte de diferite naturi. În predare, modelarea și modelarea acționează nu numai ca instrument și metodă de cunoaștere a obiectelor și fenomenelor, ci și ca metodă de stăpânire a proprietăților și modelelor esențiale de bază ale realității.

Pe baza acestor premiseaplicareaMetodele de utilizare a modelelor computerizate în predarea matematicii sunt relevante.

Modelarea este una dintre principalele metode de cunoaștere, este o formă de reflectare a realității și constă în aflarea sau reproducerea anumitor proprietăți ale obiectelor, obiectelor și fenomenelor reale cu ajutorul altor obiecte, procese, fenomene, sau folosind o descriere abstractă în forma unei imagini, plan, hartă, un set de ecuații, algoritmi și programe.

Posibilitățile de modelare, adică de transfer a rezultatelor obținute în timpul construcției și cercetării modelului la original, se bazează pe faptul că modelul într-un anumit sens afișează (reproduce, modelează, descrie, imită) unele trăsături ale modelului. obiect care prezintă interes pentru cercetător.

Model(din lat. modulul - măsură, eșantion) - un obiect sau fenomen material sau imaginat mental care înlocuiește obiectul sau fenomenul original, păstrând doar unele dintre proprietățile sale importante, de exemplu, în procesul de cunoaștere sau proiectare.

Modelele matematice sunt împărțite în funcționale, structurale și informaționale.

„Modelarea este un set de metode pentru construirea de modele și studierea pe ele a fenomenelor corespunzătoare, proceselor (inclusiv procesul de rezolvare a unei probleme), sistemelor de obiecte (originale), precum și un set de metode de utilizare a rezultatelor studierii unui model pentru a determina sau a clarifica caracteristicile obiectelor de cercetare în sine.”

Modelele funcționale se caracterizează prin stabilirea unei relații funcționale care combină indicatorii obiectului studiat, descoperiți experimental. Modelele de acest fel exprimă construcția unei funcții pe baza valorilor argumentului.

Modelele structurale exprimă una sau alta presupunere (ipoteză) despre structura internă și conexiunile obiectului studiat, care se manifestă în fapte observabile. În aceste modele, variabilele observabile și măsurabile sunt asociate într-un anumit mod (structural) cu caracteristici neobservabile și nemăsurabile ale obiectului.

Modelele informaționale se caracterizează prin faptul că conectează funcțional informațiile primite, procesarea și feedback-ul acesteia. Modelele informaționale se bazează pe afișarea dependențelor fenomenului studiat prin anumite acțiuni asupra informației. Modelele informaționale permit descrierea experienței fenomenului studiat într-o anumită formă de exprimare a informațiilor, adică verificarea codării și recodării mesajelor, a conexiunilor și a dependențelor acestora. Toate acestea ne permit să introducem aspectele cantitative și de fond ale mesajelor în model și să stabilim o legătură între logic și descriptiv.

Modelele de informații utilizate în școli, de regulă, nu sunt universale. Fiecare dintre ele este conceput pentru a simula o gamă destul de restrânsă de fenomene. Instrumentele TIC moderne fac posibilă nu numai lucrul cu modele gata făcute de obiecte, ci și construirea lor din elemente individuale. Un model informatic nu caracterizează niciodată pe deplin un obiect. Pentru același obiect, puteți construi diferite modele de informații.

Utilizarea tehnologiilor de predare pe calculator face posibilă modificarea întregului proces de predare, implementarea unui model de învățare centrată pe elev, intensificarea orelor și, cel mai important, îmbunătățirea autoformației elevilor. Desigur, un computer modern și software interactiv și suport metodologic necesită o schimbare a formei de comunicare între profesor și student, transformând formarea în cooperare în afaceri, iar acest lucru întărește motivația de învățare, duce la necesitatea căutării de noi modele de cursuri. , efectuează controlul final (rapoarte, rapoarte, apărarea publică a proiectelor de proiecte de grup).lucrări), crește individualitatea și intensitatea învățării.

Modelarea computerizată, care a apărut ca una dintre domeniile modelării matematice, odată cu dezvoltarea tehnologiei informatice a devenit un domeniu independent și important de aplicare a computerelor. Modelele computerizate sunt folosite pentru a rezolva probleme legate de obiecte simulate

care vizează elaborarea de teorii, ipoteze și testarea acestora;

facilitarea soluționării problemelor practice;

imbunatatirea procesului de invatare.

Când se lucrează cu un model, problema obiectului modelat poate fi formulată sub forma unui scop, adică ca sarcină de obținere a stării dorite a modelului. Stabilirea obiectivelor presupune determinarea structurii unui obiect specific, a structurii acestuia, a proprietăților de bază și a interacțiunii cu lumea exterioară - înțelegerea modelului, precum și intervenția direcționată în funcționarea modelului - gestionarea modelului. Controlul unui model de computer are loc de obicei sub forma unui dialog între o persoană și un computer.

Modelele computerizate utilizate în școli pot fi clasificate pe baza diferitelor criterii: vârstă, materie, nivel de complexitate, complexitate a managementului, sarcini de dezvoltare a abilităților mentale și alte caracteristici. Deci, în special, putem evidenția:

dezvoltarea de modele de calculator și constructori;

modele informatice educaționale;

Modele computerizate pentru experimente educaționale;

modele computerizate destinate diagnosticării;

modele de simulare pe calculator care vizează dezvoltarea deprinderilor și abilităților.

Calculatorul poate fi folosit în diferite moduri de predare și, cel mai important, în modul de ilustrare grafică a materialului studiat, deoarece capacitățile computerului de ilustrare le depășesc cu mult pe cele ale oricărui manual de hârtie sau desene pe tablă. Un computer ca dispozitiv de desen are o serie de avantaje față de busole și rigle. Deci, pentru a descrie corpurile de rotație, este necesar să construiți o imagine a unui cerc care este o elipsă. Cu toate acestea, cu o busolă și o riglă puteți construi o imagine aproximativă a unei elipse, care nu este întotdeauna de bună calitate. Folosind un computer, puteți crea un număr mare de modele diferite de forme geometrice, ceea ce este dificil în cazul modelelor materiale, atât din punct de vedere tehnic, cât și din punct de vedere material.

Necesitatea includerii tehnologiei informației în procesul de predare a matematicii se datorează mai multor motive.

Una dintre ele este că utilizarea tehnologiilor informaționale în toate sferele vieții umane a devenit astăzi o condiție necesară pentru funcționarea cu succes în societatea informațională modernă și, prin urmare, ar trebui să se aplice și în învățământul școlar.

Al doilea este determinat de conținutul subiectului. La lecțiile de matematică, elevii lucrează mult cu reprezentări grafice ale figurilor geometrice spațiale, care nu întotdeauna reflectă clar proprietățile lor. Prin urmare, editorii grafici care vă permit să creați și să modificați modele computerizate ale obiectelor geometrice prezintă un interes deosebit.

Și, în sfârșit, capacitățile tehnologiilor informaționale în efectuarea unui experiment pe computer pentru a obține în mod independent noi cunoștințe despre un obiect geometric pe baza studierii unui model computerizat fac din aceste tehnologii unul dintre instrumentele de cunoaștere în procesul de învățare.

Să ne uităm la câteva dintre avantajele modelelor computerizate de forme geometrice spațiale în comparație cu modelele tradiționale (scanare, modele din lemn sau metal, plastic), precum și desene și desene realizate pe tablă sau pe hârtie de manual.

Capacitatea de a crea rapid un număr mare de modele computerizate diferite de forme geometrice, ceea ce este dificil în cazul modelelor materiale, atât din punct de vedere tehnic, cât și din punct de vedere material.

Referirea repetată la un model computerizat în scopul demonstrării acestuia, ceea ce provoacă dificultăți cu modelele tradiționale.

Copierea instantanee a modelelor de computer pentru munca individuală în clasă, ceea ce este imposibil atunci când lucrați cu modele de materiale și dificil cu desene și desene.

Capacitatea de a schimba dinamic caracteristicile cantitative ale unui model de obiect, care este complet exclusă în cazul modelelor tradiționale.

Elevii se angajează cu interes în lucrări bazate pe modelare și se bucură de dobândirea independentă de cunoștințe în geometrie. Acest lucru nu numai că are un efect pozitiv asupra motivației de învățare, dar dă și încredere în îndeplinirea unei noi sarcini, asigurând productivitatea activității educaționale și cognitive.

Utilizarea TIC în lecțiile de matematică permite profesorului să reducă timpul petrecut studierii materialului datorită clarității.

Utilizarea tehnologiei informației la clasă ajută la îmbunătățirea calității cunoștințelor și extinde orizonturile matematicii școlare. În plus, computerul pregătește potențial studenții pentru viața în condiții moderne, pentru analiza unui flux mare de informații și luarea deciziilor.

Predarea modelării computerizate într-un curs școlar de informatică

În activitatea noastră de cercetare, presupunem că cel mai eficient material din punctul de vedere al dezvoltării abilităților creative ale elevilor este materialul legat de modelarea informațiilor. Înainte de a testa această ipoteză, să luăm în considerare locul și semnificația modelării pe computer, scopurile și obiectivele predării modelării pe computer și conceptele formate în timpul predării modelării.

Locul și importanța modelării computerizate în cursul școlar de informatică

Conținutul minim obligatoriu al învățământului în informatică conține linia „Modelare și formalizare”, care, alături de linia de informare și procese informaționale, constituie baza teoretică a cursului de bază de informatică.

Nu trebuie să presupunem că tema modelării este pur teoretică și autonomă față de toate celelalte subiecte. Majoritatea secțiunilor cursului de bază sunt direct legate de modelare, inclusiv subiecte legate de linia tehnologică a cursului. Editorii de text și grafice, SGBD, procesoare de foi de calcul, prezentări pe computer ar trebui să fie considerate instrumente de lucru cu modele de informații. Algoritmizarea și programarea sunt, de asemenea, direct legate de modelare. În consecință, linia de modelare este transversală pentru multe secțiuni ale cursului de bază.

Potrivit lui Beshenkov S.A. și alte subiecte „Procese de informare și informare” și „Formalizare și modelare” sunt cheie în cursul de informatică. Aceste subiecte combină într-un singur întreg subiecte de curs tradiționale precum „Algoritmi și executori”, „Tehnologii informaționale”, etc.

Creatorii cursurilor originale „Informatică în jocuri și probleme” și „Informatică-Plus” consideră că sarcina principală a cursului școlar de informatică este formarea și dezvoltarea capacității de a analiza și construi modele logice informaționale.

Boyarshinov M.G. consideră oportună introducerea unui curs de modelare informatică în cadrul disciplinei informatică, al cărui scop va fi familiarizarea studenților cu tehnici de rezolvare a problemelor din fizică, chimie, matematică, economie, ecologie, medicină, sociologie, discipline umaniste, design și probleme tehnologice folosind tehnologia computerizată modernă.

Kuznetsov A.A., Beshenkov S.A., Rakitina E.A. consideră că principalele componente ale cursului de informatică, care îi conferă un caracter sistematic, sunt „Procesele informaționale”, „Modele informaționale”, „Fundamentele informaționale ale managementului”. Rezolvarea unei probleme începe întotdeauna cu modelarea: construirea sau selectarea unui număr de modele: un model al conținutului problemei (formalizarea condițiilor), un model al obiectului selectat ca model de lucru pentru rezolvarea acestei probleme specifice, un model (metodă). ) a soluției și un model al procesului de rezolvare a problemei.

Astfel, studiul proceselor informaționale, precum și al oricărui fenomen al lumii externe în general, se bazează pe metodologia de modelare. Specificul informaticii este că folosește nu numai modele matematice, ci și modele de diverse forme și tipuri (text, tabel, desen, algoritm, program) - modele informaționale. Conceptul de model de informare oferă cursului de informatică acea gamă largă de conexiuni interdisciplinare, a cărui formare este unul dintre obiectivele principale ale acestui curs în școala de bază. Însăși activitatea de construire a unui model informațional - modelarea informațiilor - este un tip generalizat de activitate care caracterizează informatica.

Una dintre metodele eficiente de înțelegere a realității înconjurătoare este metoda modelării, care este un instrument analitic puternic care încorporează întregul arsenal al celor mai noi tehnologii informaționale.

Caracterul generalizator al conceptului de „modelare informațională” se datorează faptului că atunci când lucrăm cu informații, fie întotdeauna avem de-a face cu modele informaționale gata făcute (acționăm ca observator al acestora), fie dezvoltăm modele informaționale.

Modelarea informației nu este doar un obiect de studiu în informatică, ci și cea mai importantă metodă de activitate cognitivă, educațională și practică. Poate fi considerată și ca metodă de cercetare științifică și ca activitate independentă.

Zubko I.I. Modelarea informațiilor este definită ca „o nouă metodă științifică generală de cunoaștere a obiectelor din realitatea înconjurătoare (reala și ideală), concentrată pe utilizarea unui computer”. Modelarea este considerată ca un mod de cunoaștere, pe de o parte, și ca un conținut care trebuie învățat de către elevi, pe de altă parte. Autorul consideră că predarea modelării informaționale studenților este cea mai eficientă dacă metoda proiectului este implementată în practică, integrând cercetarea, munca independentă și creativă într-o varietate de opțiuni.

Galygina I.V. consideră că este recomandabil să se predea modelarea informației pe baza următoarelor abordări:

model, în conformitate cu care modelarea este considerată un instrument de cunoaștere, un obiect de studiu și un mijloc de predare;

bazat pe obiect, care presupune selectarea și analiza diferitelor tipuri de obiecte: obiectul de studiu, modelul informațional ca obiect nou, obiectele limbaj de modelare utilizate pentru construirea modelului.

Modelarea informației în pedagogie poate fi considerată în trei aspecte:

un instrument de cunoaștere, deoarece dobândirea de noi cunoștințe despre un obiect real, despre modelul informațional corespunzător și modelarea obiectelor limbaj utilizate pentru a descrie acest model are loc în procesul de construire și cercetare a modelului;

un instrument de învățare, deoarece procesul de învățare în majoritatea cazurilor este asociat cu modele de informații operaționale ale obiectului studiat, cum ar fi descrierea verbală, imaginea grafică,

reprezentarea formulă a tiparelor etc.;

obiect de studiu, deoarece modelul informațional poate fi considerat ca un obiect informațional independent, cu trăsăturile, proprietățile și caracteristicile sale inerente.

Principala diferență dintre aceste aspecte din punctul de vedere al elevului este că, în primul caz, în procesul activității cognitive, elevul însuși construiește un model al obiectului studiat pe baza propriei experiențe, cunoștințe și asocieri. În al doilea caz, elevului i se pune la dispoziție un model al obiectului studiat, elaborat de un profesor, autorul unui manual sau creatorul unei teorii științifice. În acest din urmă caz, setul de modele este obiectul studiat.

Includerea modulului de modelare informațională în linia de conținut „Modelare și formalizare” a cursului de bază de informatică va crea o bază solidă pentru:

utilizarea conștientă a modelelor informaționale în activități educaționale;

introducerea studenților în metodele de cercetare științifică;

studiul ulterioar aprofundat al modelării informaţiei în cursurile de specialitate informatică.

Titova Yu.F. consideră că cea mai importantă funcție educațională este dezvoltarea potențialului creativ al elevilor. Experiența activității creative se formează prin rezolvarea unor probleme problematice de diverse direcții și, în special, prin activități de cercetare. Unul dintre cele mai importante instrumente de cercetare este modelarea. Autorul a elaborat o metodologie de predare a modelării într-un curs de bază de informatică, combinând materialul teoretic, care se bazează pe o abordare formalizată a dezvoltării și cercetării modelelor, și un set de sarcini de cercetare care asigură integrarea cunoștințelor din diverse forme educaționale. câmpuri. Autorul consideră că utilizarea acestei metodologii va asigura dezvoltarea unei game largi de abilități intelectuale la elevi, precum abstracția și concretizarea, generalizarea, clasificarea, analizarea și înțelegerea rezultatelor acțiunilor lor.