В настоящее время главное направление модернизации Российского образования обеспечить его новое качество
 Скачать 0.71 Mb.
|
2.2. Методические рекомендации по изложению теоретического материалаИзучаемые вопросы: • Место моделирования в базовом курсе. • Понятие модели; типы информационных моделей. • Что такое формализация. • Табличная форма информационных моделей. Прежде чем перейти к прикладным вопросам моделирования. необходим вводный разговор, обсуждение некоторых общих понятий. в частности тех, которые обозначены в обязательном минимуме. для этого в учебном плане должно быть выделено определенное время под тем. «Введение в информационное моделирование». для учителя здесь возникают проблемы как содержательного, так и методического характера, связанные с глубоким научным уровнем понятий, относящихся к этой теме. Методика информационного моделирования связана с вопросами системологиин. системного анализа. Степень глубины изучения этих вопросов существеннс зависит от уровня подготовленности школьников. В зависимости от количества учебных часов, от уровня подготовленности учеников вопросы формализации и моделирования могут изучаться с разной степенью подробности. Ниже будут рассмотрены три уровня изучения: первый — минимальный, второй — дополнительный, третий — углубленный уровень. В соответствии с тремя отмеченными уровнями можно выделить три типа задач из области информационного моделирования, которые по возрастанию степени сложности для восприятия учащимися располагаются в таком порядке: 1) дана информационная модель объекта; научиться ее понимать. делать выводы, использовать для решения задач; 2) дано множество несистематизированных данных о реальном объекте (системе, процессе); систематизировать и, таким образом. получить информационную модель; 3) дан реальный объект (процесс, система); построить информационную модель, реализовать ее на компьютере. использовать для практических целей. Первый, минимальный уровень содержания темы «Введение в информационное моделирование». Понятие модели. Типы информационных моделей. Разговор с учениками по данной теме можно вести в форме беседы. Сам термин «модель» большинству из них знаком. Попросив учеников привести примеры каких-нибудь известных им моделей, учитель наверняка услышит в ответ «модель автомобиля», «модель самолета» и другие технические примеры. Хотя технические модели не являются предметом изучения информатики, все же стоит остановиться на их обсуждении. Информатика занимается информационными моделями. Однако между понятиями материальной (натурной) и информационной модели есть аналогии. Примеры материальных моделей для учеников более понятны и наглядны. Обсудив на таких примерах некоторые общие свойства моделей, можно перейти к разговору о свойствах информационных моделей. Расширив список натурных моделей (глобус, манекен, макет застройки города и др.), следует обсудить их общие свойства. Все эти модели воспроизводят объект-оригинал в каком-то упрощенном виде. Часто модель воспроизводит только форму реального объекта в уменьшенном масштабе., Могут быть модели, воспроизводящие какие-то функции объекта. Например. заводной автомобильчик может ездить, модель корабля может плавать. Из обобщения всего сказанного следует определение: Модель — упрощенное подобие реального объекта или процесса. В любом случае модель не повторяет всех свойств реального объекта, а лишь только те, которые требуются для ее будущего применения. Поэтому важнейшим понятием в моделировании является понятие цели. Цель моделирования — это назначение будущей модели. Цель определяет те свойства объекта, которые должны быть воспроизведены в модели. Полезно отметить, что моделировать модно не только материальные объекты, но и процессы. Например, конструкторы авиационной техники используют аэродинамическую трубу для воспроизведения на земле условий полета самолета. В такой трубе корпус самолета обдувается воздушных потоком. Создается модель полета самолета, т.е. условия, подобные тем. чт происходят в реальном полете. На такой модели измеряются нагрузки н корпусе, исследуется прочность самолета и пр. С моделями физических процессов работают физики-экспериментаторы. Например, в лабораторных условиях они моделируют процессы, происходящие в океане, в недрах Земли т.д. В дальнейшем термин «объект моделирования» понимать в широко смысле: это может быть и некоторый вещественный объект (предмет, система) и реальный процесс. Закрепив в сознании учеников понимание смысла цепочки «объект моделирования — цель моделирования - модель», можно перейти к разговор об информационных моделях. Самое общее определение: Информационная модель — это описание объекта моделирования. Иначе можно сказать, что это информация об объекте моделирования А как известно, информация может быть представлена в разной форме. поэтому существуют различные формы информационных моделей. В И\ числе, словесные, или вербальные, модели, графические, математические. табличные. Следует иметь виду, что нельзя считать это список полным и окончательным. В научной и учебной литературе встречаются разные варианты классификаций информационных моделей. Например, еще рассматривают алгоритмические модели, имитационные модели и др. Естественно, что в рамках базового курса мы вынуждены ограничить эту тему. В старших классах при изучении профильных курсов могут быть рассмотрены и другие виды информационных моделей. Построение информационной модели, так же как и натурной, должно быть связано с целью моделирования. Всякий реальный объект обладает бесконечным числом свойств, поэтому для моделирования должны быть выделены только те свойства, которые соответствуют цели. Процесс. выделения существенных для моделирования свойств объекта, связей между ними с целью их описания называется системным анализом. Форма информационной модели также зависит от цели ее создания Если важным требованием к модели является ее наглядность, то обычно выбирают графическую форму. Примеры графических моделей: карт местности, электрическая схема, график изменения температуры тела с временем. Следует обратить внимание учеников на различные назначения этих моделей. На примере графика температуры можно обсудить тс обстоятельство, что та же самая информация могла бы быть представлена и в другой форме. Зависимость температуры от времени можно отразить в числовой таблице — табличная модель, можно описать в виде математической функции — математическая модель. для разных целей могут оказаться удобными разные формы модели. С точки зрения наглядности, наиболее подходящей является графическая форма. А что обозначает слово «формализация»? Формализация — это замена реального объект или процесса его формальным описанием, т.е. его информационной моделью. Построив информационную модель, человек использует ее вместо объекта-оригинала для изучения свойств этого объекта, прогнозирования его поведения и пр. Прежде чем строить какое-то сложное сооружение. например мост, конструкторы делают его чертежи, проводят расчеты прочности, допустимых нагрузок. Таким образом, вместо реального моста они имеют дело с его модельным описанием в виде чертежей. математических формул. Если же конструкторы пожелают воспроизвести мост в уменьшенном размере, то это уже будет натурная модель — макет моста. Второй, дополнительный уровень изучения темы моделирования базовом курсе связан с обсуждением таких понятий, как: система, структура. граф, деревья, сети. Эти понятия постепенно начинают проникать в перечень обязательных для изучения в рамках базового курса. Перечисленные понятия относятся к области, которая в науке называется системологией (теорией систем). Знания элементов системологии придают целостность и понятийную полноту содержательной линии «Формализация и моделирование». В большинстве учебников по базовому курсу информатики изложен вопросов системологии отсутствует. Вопросы преподавания элементов системного анализа достаточны: основательно проработаны в учебных пособиях для пропедевтического к>р информатики «Информатика плюс», разработанных авторским коллективом под руководством А. В. Горячева. В этом курсе системный анализ стыкуется с темой объектно-информационного моделирования, место которой в содержательной линии «Формализация и моделирование». Понятие «система» часто употребляется как в научных дисциплинах так и в повседневной жизни. Примеров тому достаточно много: Солнечна система, периодическая система химических элементов, системы растений животных, система образования, система транспорта, файловая систем операционная система и многое другое. Во многих случаях понятие систем считается интуитивно ясным. Однако для информатики оно является одним из фундаментальных и требует разъяснения. Под системой понимается любой объект, состоящий из множества взаимосвязанных частей, и существующий как единое целое. В информатике понятие «система» употребляется достаточно часто. Совокупность взаимосвязанных данных, предназначенных для обработки на компьютере — система данных. Совокупность взаимосвязанных программ определенного назначения — программные системы (ОС, системы программирования, пакеты прикладных программ и др.). Информационных системы — одно из важнейших приложений компьютерных технологий. Основным методическим принципом моделирования являет системный подход, согласно которому всякий объект моделирован рассматривается как система. Из всего множества элементов, свойств связей выделяются лишь те, которые являются существенными для цели моделирования. В этом и заключается сущность системного анализа. Задача системного анализа, который приводит исследователь — упорядочить свое представления об изучаемом объекте, для того чтобы в дальнейшем отразить их в информационной модели. Сама информационная модель представляет собой также некоторую - систему параметров и отношений между ними. Эти параметры и отношен могут быть представлены в разной форме: графической, математической, табличной и др. Таким образом, просматривается следующий порядок этапов перехода от реального объекта к информационной модели: Реальный объект – системный анализ – система данных, существенных для моделирования – информ.модель Важной характеристикой всякой системы является ее структура. Структура — это определенный порядок объединения элементов, составляющих систему. Другой вариант определения, встречающийся в литературе: структура — это множество связей между элементами системы. Наиболее удобным и наглядным способом представления структуры систем являются графы. Описываются основные правила представления графов. вводятся понятия вершина, дуга, ребро, ориентированный граф, дерево, сеть. Обычно у учащихся не вызывает проблем понимание схем, представленных в форме графа: граф родственных связей, граф системы связанных между собой населенных пунктов и др. Важной разновидностью графов являются деревья. дерево — это графическое представление иерархической структуры системы. Обычно это системы, между элементами которых установлены отношения подчиненности или вхождения друг в друга: системы власти. административные системы, системы классификации в природе и лр. Ученики знакомы с понятием «дерево» применительно к системе файлов н дисках компьютера. Многим из них известен смысл понятия «родословное дерево». Подводя итог, можно сказать, что второй уровень изучения темы «Введение в информационное моделирование» более подробно раскрывается суть системного анализа, знакомит учащихся с таким важным инструментом формализации, как графы. Третий, углубленный уровень изучения общих вопросов моделирования можно характеризовать как переход от ознакомительного обучения к выработке навыков активного использования методов системного анализа. Наиболее полный и последовательный материал по вопроса системологии содержится в пособии. Этот материал может использован как для углубленного варианта преподавания базового курса информатики, так и для профильных курсов, ориентирующихся на информационное моделирование. Содержание данного раздела позволяет реализовать на уроках следующий перечень дидактических целей. • Научить учеников рассматривать окружающие объекты как системы взаимосвязанных элементов; осознавать, в чем проявляется системный эффект в результате объединения отдельных элементов в единое целое. • Раскрыть смысл модели «черного ящика». Этот подхол характерен для кибернетики и применяется он в тех случаях, когда внутреннее устройство системы не раскрывается, а система рассматривается лишь с точки зрения взаимодействия с окружающей средой. В таком случае основными понятиями, характеризующими систему, являются не ее состав и структура, а ее «входы» и «выходы». • дать представление о некоторых методах системного анализа, в частности, классификации. • Научить читать информационные модели, представленные в виде графов и строить граф-модели. • Научить учеников разбираться в различных типах таблиц, подбирать наиболее подходящий тип таблицы для организации данных грамотно оформлять таблицы. Содержательная линия формализация и моделирования выполняет в базовом курсе информатики важную педагогическую задачу: развитие системного мышления учащихся. Эффективная работа с большими объемами информации невозможна без навыков ее систематизации. Компьютер предоставляет пользователю удобные инструменты для этой работы, но систематизацию данных пользователь должен выполнять сам. Информационное моделирование — это прикладной раздел информатики, связанный с самыми разнообразными предметными областями: техникой, экономикой, естественными и общеобразовательными науками и пр. Поэтому практическим решение задач моделирования занимаются специалисты в соответствующих областях. В рамках школьного курса информатики информационное моделирование может быть предметом профильного курса, смежного с другими школьными дисциплинами: физикой , биологией, экономикой и др. Базовый курс информатики дает лишь начальные понятия о моделировании, систематизации данных, знакомит с компьютерными технологиями, применяемыми для информационного моделирования. 2.3. Формы и методы обучения компьютерному моделированию. Элективные курсы в профильном обученииОсновными формами обучения компьютерному моделированию являются лекционные, лабораторные и зачетные занятия. Обычно работа по созданию и подготовке к изучению каждой новой модели занимает З—4 урока. В ходе изложения материала ставятся задачи, которые в дальнейшем должны быть решены учащимися самостоятельно, в общих чертах намечаются пути их решения. Формулируются вопросы, ответы на которые должны быть получены при выполнении заданий. Указывается дополнительная литература, где могут быть найдены вспомогательные сведения для более успешного выполнения заданий. Формой организации занятий при изучении нового материала рекомендуется лекция, охватывающая, как правило, весь урок. Применение лекционного метода целесообразно в следующих случаях: • при прохождении нового материала, мало или совсем не связанного с предыдущим; • при сообщении учащимся сведений о практическом применении изученных закономерностей; • при выводе сложных закономерностей с применением большого математического аппарата и ряда логических умозаключений; • при проведении уроков проблемного характера. Как следует заметить, перечисленные условия применениям лекционного метода совпадают с условиями изучения профильных курсов, ориентированных на компьютерное моделирование, при исследовании очередной содержательной задачи и введении новой модели, что доказывает целесообразность его применения при изложении нового материала. Экспериментальное преподавание различных вариантов курса также подтверждает это. После завершения обсуждения очередной модели учащиеся имеют в своем распоряжении необходимые теоретические сведения и набор заданий для дальнейшей работы над предложенной заданием. Если моделей рассматривалось несколько, то работа ведется над одной из них по выбору учащихся или учителя, если одна — все работают над ней, различаться могут лишь конкретные задания (уровень сложности которых может зависеть от подготовленности соответствующего учащегося). В ходе подготовки к выполнению задания учащиеся выбирают подходящий метод решения, с помощью какого-либо известного частного решения тестируют разработанную программу. В случае вполне возможней затруднений при выполнении заданий дается консультация, делается предложение более детально проработать указанные разделы в литературных источниках. Как отмечают практически все разработчики профильных курсов, ориентированных на моделирование, наиболее адекватным практической части обучения компьютерному моделированию является метод проектов. Задание формулируется для ученика в виде учебного проекта и выполняется в течение нескольких уроков, причем основной организационной формой являются компьютерные лабораторные работы. Экспериментальная апробация курсов моделирования подтвердила целесообразность применения такой формы организации занятий. Обучение моделированию с помощью метода учебных проектов может быть реализовано на разных уровнях. Первый — проблемное изложение процесса выполнения проекта, которое ведет учитель. Второй — выполнение проекта учащимися под руководством учителя. Третий — самостоятельное выполнение учащимися учебного исследовательского проекта. Результаты работы должны быть представлены в численном виде, в виде графиков, диаграмм. Если имеется возможность, процесс представляется на экране ЭВМ в динамике. По окончании расчетов и получении результатов проводится их анализ, сравнение с известными фактами из теории, подтверждается достоверность и проводится содержательная интерпретация, что в дальнейшем отражается в письменном отчете. Если результаты удовлетворяют ученика и учителя, то работа считается завершенной, и ее конечным этапом является составление отчета. Отчет включает в себя краткие теоретические сведения по изучаемой теме, математическую постановку задачи, алгоритм решения и его обоснование, программу для ЭВМ, результаты работы программы, анализ результатов и выводы, список использованной дополнительной литературы. Когда все отчеты составлены, на зачетном занятии учащиеся выступают с краткими сообщениями о проделанной работе, защищают свой проект. Это является эффективной формой отчета группы, выполняющей проект, перед классом, включая постановку задачи, построение формальной модели, выбор методов работы с моделью, реализацию модели на работу с итоговой моделью, интерпретацию полученных результатов, прогнозирование. действенность этой установки подтверждена на опыте. В итоге учащиеся получают две оценки: первую за проработанность проекта и успешность его защиты, вторую — за программу, оптимальность ее алгоритма, интерфейс и т.д. Также учащиеся получают в ходе опросов по теории. В настоящее время, при изучении компьютерного моделирования можно использовать элективные курсы. Элективные курсы (курсы по выбору) играют важную роль в системе профильного обучения на старшей ступени школы. В отличии от факультативных курсов, существующих ныне в школе, элективные курсы- обязательны для старшеклассников. В соответствии с одобренной Минобразованием России "Концепцией профильного обучения на старшей ступени общего образования" дифференциация содержания обучения в старших классах осуществляется на основе различных сочетаний курсов трех типов: базовых, профильных, элективных. Каждый из курсов этих трех типов вносит свой вклад в решение задач профильного обучения. Однако можно выделить круг задач, приоритетных для курсов каждого типа. Базовые общеобразовательные курсы отражают обязательную для всех школьников инвариативную часть образования и направлены на завершение общеобразовательной подготовки обучающихся. Профильные курсы обеспечивают углубленное изучение отдельных предметов и ориентированы, в первую очередь, на подготовку выпускников школы к последующему профессиональному образованию. Элективные же курсы связаны, прежде всего, с удовлетворением индивидуальных образовательных интересов, потребностей и склонностей каждого школьника. Именно они по существу и являются важнейшим средством построения индивидуальных образовательных программ, т.к. в наибольшей степени связаны с выбором каждым школьником содержания образования в зависимости от его интересов, способностей, последующих жизненных планов. Элективные курсы как бы "компенсируют" во многом достаточно ограниченные возможности базовых и профильных курсов в удовлетворении разнообразных образовательных потребностей старшеклассников. Эта роль элективных курсов в системе профильного обучения определяет широкий спектр их функций и задач. По назначению можно выделить несколько типов элективных курсов. Одни из них могут являться как бы "надстройкой" профильных курсов и обеспечить для наиболее способных школьников повышенный уровень изучения того или иного учебного предмета. Другие элективы должны обеспечить межпредметные связи и дать возможность изучать смежные учебные предметы на профильном уровне. Примером таких элективных курсов могут служить курсы: "Математическая статистика" для школьников, выбравших экономический профиль, "Компьютерная графика" для индустриально-технологического профиля или "История искусств" для гуманитарного профиля. Третий тип элективных курсов поможет школьнику, обучающемуся в профильном классе, где один из учебных предметов изучается на базовом уровне, подготовится к сдаче ЕГЭ по этому предмету на повышенном уровне. Еще один тип элективных курсов может быть ориентирован на приобретение школьниками образовательных результатов для успешного продвижения на рынке труда. Примером подобных курсов могут служить курсы "Делопроизводство" или "Деловой английский язык", курсы по подготовке к работе в сфере обслуживания и т.д. Наконец, познавательные интересы многих старшеклассников часто могут выходить за рамки традиционных школьных предметов, распространяться на области деятельности человека вне круга выбранного ими профиля обучения. Это определяет появление в старших классах элективных курсов, носящих "внепредметный" или "надпредметный" характер. Примером подобных курсов могут служить элективы типа "Основы рационального питания" или "Подготовка автолюбителя". Оценивая возможность и педагогическую целесообразность введения тех или иных элективных курсов следует помнить и о таких важных их задачах, как формирование при их изучении умений и способов деятельности для решения практически важных задач, продолжение профориентационной работы, осознание возможностей и способов реализации выбранного жизненного пути и т.д. Элективные курсы реализуются в школе за счет времени, отводимого на компонент образовательного учреждения. Вводя в школьное образование элективные курсы необходимо учитывать, что речь идет не только об их программах и учебных пособиях, но и о всей методической системе обучения этим курсам в целом. Ведь профильное обучение - это не только дифференцирование содержания образования, но, как правило, и по-другому построенный учебный процесс. Именно поэтому в примерных учебных планах отдельных профилей в рамках времени, отводимого на элективные курсы, предусмотрены часы в 10-11 классах на организацию учебных практик, проектов, исследовательской деятельности. Эти формы обучения, наряду с развитием самостоятельной учебной деятельности обучающихся, применением новых методов обучения (например, дистанционного обучения, учебных деловых игр и т.д.), станут важным фактором успешного проведения занятий по элективным курсам. Предлагаемая организация обучения обуславливает необходимость разделения класса, как минимум, на две подгруппы. Элективные курсы как наиболее дифференцированная, вариативная часть школьного образования потребует новых решений в их организации. Широкий спектр и разнообразный характер элективов может поставить отдельную школу в затруднительное положение, определяемое нехваткой педагогических кадров, отсутствием соответствующего учебно-методического обеспечения. В этих случаях особую роль приобретают сетевые формы взаимодействия образовательных учреждений. Сетевые формы предусматривают объединение, кооперацию образовательного потенциала нескольких образовательных учреждений, включая учреждения начального, среднего, высшего профессионального и дополнительного образования. Особую роль в успешном внедрении элективных курсов сыграет подготовка учебной литературы по этим курсам. Министерство проводит в настоящее время работу в этом направлении. По заданию Министерства Национальный фонд подготовки кадров провел конкурс учебно-методических пособий по элективным курсам. В результате конкурса подготовлены программы, учебные и методические материалы по 8-10 элективным курсам по каждому учебному предмету. В ближайшие месяцы готовится публикация сборника программ по этим элективам, которые будут разосланы в органы управления образованием субъектов Российской Федерации. Заканчивается работа авторских коллективов над рекомендациями учебных и методических пособий и в начале 2004 года планируется их издание. Подчеркнем, что в качестве учебной литературы по элективным курсам могут быть использованы также учебные пособия по факультативным курсам, для кружковой работы, а также научно-популярная литература, справочные издания. Опыт ряда регионов, участвующих в эксперименте по профильному обучению, показывает, что в институтах повышения квалификации, педагогических вузах, в школах на местах создаются собственные варианты элективных курсов. Многие из них представляют интерес и заслуживают поддержки. В этой связи можно рекомендовать региональным и муниципальным органам управления образованием создавать банки данных по элективным курсам, организовать информационную поддержку и обмен опытом введения элективных курсов. Общеобразовательное учреждение принимает решение и несет ответственность за содержание и проведение элективных курсов в порядке, определенном учредителем. Создание элективных курсов - важнейшая часть обеспечения введения профильного обучения. Поэтому их разработка и внедрение должны стать частью Региональных программ перехода к профильному обучению. Опыт создания и внедрения элективных курсов, вопросы учебно-методического обеспечения элективов будет широко освещаться в педагогической печати, прежде всего, в учрежденном Минобразованием России и Российской академией образования, журнале "Профильная школа". |