Магистър студент

Мордовски държавен педагогически институт на името на M.E. Евсевиева

Катедра Информатика и компютърна техника

Сафонов В.И., кандидат физико-математически науки, доцент в катедра „Информатика и компютърна техника“

анотация:

Статията показва значението на моделирането в училищния курс по информатика. Демонстрирани модели за моделиране и класификация, показан софтуер и интерактивна среда за реализиране на компютърна симулация.

Ключови думи:

моделиране; Информатика; формализиране; модел; математически модел; математическо моделиране.

моделиране; Информатика; формализиране; модел; математически модел; математическо моделиране.

УДК 004

Изучаването на моделирането е важен аспект от подготовката на учениците. Необходимо е моделирането да се разглежда като начин за развитие на мисленето на ученика, а освен това и като инструмент за решаване на различни проблеми. Моделирането е важен метод за научно познание. В различни предмети, освен информатика, моделирането се изучава например по математика, физика, биология, химия и др. Непосредствено в уроците по информатика обаче се разглеждат стъпките за изграждане на модел, проверка на модел, създаване на модели в различни компютърни програми.

Почти всички теми от училищния курс по информатика са свързани с моделиране, включително алгоритми и програмиране. Авторите на учебниците по информатика смятат, че най-важната задача в обучението по моделиране е формирането на умение за анализиране и изграждане на модели. Тези умения обаче са необходими и в други раздели на информатиката, например "Информационни процеси". По този начин моделирането присъства в много раздели на курса по информатика, като е основно при изучаването на училищния курс по информатика.

В курса на информатиката се изучават не само математически модели, но и информационни, които включват фигури, таблици, програми, алгоритми, което придава на информатиката интердисциплинарен характер.

Моделът е опростена прилика с реален обект или процес. Ключовата концепция в моделирането е целта. Целта на моделирането е целта на бъдещия модел. Целта определя свойствата на оригиналния обект, който да бъде възпроизведен в модела. Могат да се моделират както материални обекти, така и процеси. Информационният модел е описание на обект, който трябва да бъде моделиран. На базата на представяне моделите се разделят на таблични, графични, обектно-информационни и математически.

Формализацията е замяната на реален обект или процес с неговото формално описание, т.е. неговия информационен модел. Съдържателната линия на темата за моделиране изпълнява най-важната задача: развитието на системното мислене на учениците.

Електронните таблици са най-разпространената и удобна среда с инструменти за решаване на задачи за математическо моделиране. Математическият модел е описание на състоянието на поведението на всяка реална система (процес, обект) на езика на математиката, т.е. използване на формули, уравнения и други математически връзки. Реализацията на математически модел е използването на специфичен метод за изчисляване на стойностите на изходните параметри от стойностите на входните параметри. Технологията за електронни таблици е един от методите за внедряване на математически модел. Съществуват и методи за реализиране на математически модел, които включват писане на програми на езици за програмиране, използване на математически пакети (MathCad, Mathematics, 1C: Mathematical Designer и др.), използване на специализирани софтуерни системи за моделиране. Математическите модели, създадени с такива средства, се наричат ​​компютърни математически модели.

Взаимосвързаното обучение по информатика, математика и физика дава възможност да се запознаят учениците с използването на приложни математически пакети като средство за решаване на типични задачи. Следователно разделът „Моделиране и формализация” разкрива метапредметната роля на информатиката.

Моделирането е един от трудните раздели в училищния курс по информатика. Съдържателно-структурният компонент „Моделиране и формализация” е важен компонент на дисциплината, който непрекъснато се усъвършенства, в резултат на което все още не е завършено изучаването на методиката на нейното изучаване. В момента има голям брой методи за преподаване на компютърно моделиране, които се използват активно в уроците по информатика в училище.

Софтуерната и ресурсна поддръжка на темата "Информационно моделиране" на ниво основно общо и средно общо образование е представена от софтуер и интернет ресурси, по-специално ресурсите на единна колекция от цифрови образователни ресурси.

Един от наличните инструменти за моделиране е офис приложението Microsoft Excel, тъй като почти всички училища имат пакет MS Office. Microsoft Excel е програма за електронни таблици, която ви позволява да анализирате големи количества данни. Тази програма използва повече от 600 математически, финансови, статистически и други специализирани функции, с които можете да свързвате различни таблици една с друга, да избирате произволни формати за представяне на данни и да създавате йерархични структури.

Mathcad е инженерно и математически изчислително приложение, индустриалният стандарт за провеждане, разпространение и съхранение на изчисления. Mathcad е универсална система, т.е. може да се използва във всяка област на науката и технологиите - навсякъде, където се прилагат математическите методи.

КОМПАС е система за компютърно проектиране. С помощта на системата KOMPAS можете да създавате 3-измерни асоциативни модели на части и отделни възли, които съдържат оригинални или стандартизирани конструктивни елементи.

Blender е безплатен софтуер за 3D моделиране. Номерът в тази програма е, че по време на създаването на 3D сцена прозорецът на помощната програма може да бъде разделен на части, всяка от които ще бъде независим прозорец със специфичен изглед на 3D сцената, линийка на времевата линия и настройки на обекта. Броят на тези части е ограничен само от разделителната способност на екрана. Приложението има и инструменти за сплайн моделиране, а B-сплайните и кривите на Безие също се използват за генериране на 3D обекти.

Компютърната симулация има редица предимства само при пълно използване на изчислителните и графичните възможности на компютъра, което ще даде възможност за реализиране на разнообразието от възможности на съответния софтуер.

Пример за графично решение на уравнение в интерактивната среда "1C: Математически дизайнер":

Колко решения има уравнението log1 / 16x = (1/16) x? На пръв поглед графиките на лявата и дясната страна имат само едно решение, лежащо на правата y = x (фиг. 1). Въпреки това, използвайки инструментите Zoom и Shift Sheet, можете да увеличите изображението и да откриете неочакваното преплитане на две графики, което води до три, а не един корен!

Ориз. 1. Решаване на графичното уравнение

Интуицията в този случай заблуждава: ако начертаем тези графики на уравнението на ръка, ще видим, че уравнението има един корен - в пресечната точка на двете графики с права линия г = х(т.е. коренът на уравнението (1/16) х = х). Но е лесно да се забележи и провери чрез заместване, че числата х= 1/2 и х= 1/4 също са корени. Откъде идват?
Ако изградите графики в "Математически конструктор", тогава програмата ще намери три точки на тяхното пресичане (фиг. 2), въпреки че в близост до тези точки в "нормалния" мащаб графиките "се залепват". Използване на инструмента Променете мащабаможете да увеличите изображението и да видите как графиките са "преплетени".

Ориз. 2. Решаване на графичното уравнение

По този начин изграждането на прости графични модели, като решаване на прости математически задачи, е подходящо вече в основен курс по компютърни науки. Самостоятелното разработване на графични модели изисква познания по програмиране, а това се отнася до материал с повишена трудност, който се изучава в специализиран курс по информатика или като част от избираем курс.

Библиография:

1. Королев, А. Л. Компютърно моделиране / А. Л. Королев. Корольов. - М: БИНОМ. Лаборатория на знанията, 2010 - 230 с.
2. Сафонов, В.И. Компютърно моделиране: учеб. надбавка / В.И.Сафонов. - Мордов. състояние Пед. в – т. - Саранск, 2009 .-- 92 с.
3. Тарасевич, Ю.Ю. Математическо и компютърно моделиране. Уводен курс: учебник. ръководство / Ю.Ю. Тарасевич. - М.: ЛИБРОКОМ, 2013 .-- 152 с.

Отзиви:

25.11.2017, 14:51 Феофанов Александър Николаевич
Преглед: Статията е лошо структурирана, не е ясно кой е читателят. Нека покажат разликата между 1 и 2 снимка. Какво трябва да си представям и какво е - това е повторение на фиг. 1. След ревизия е възможно публикуване в списанието. Доктор на техническите науки, проф. Феофанов A.N.

19.12.2017, 20:53 Феофанов Александър Николаевич
Преглед: Правили ли сте някакви корекции на материала? (няма нищо на линка) - кой е читателят (учител или ученик). За кого е статията? - разликата на фиг. 1 и 2 - трябва да са различни мащаби. Но това не е направено! Мащабът на фигурите остава същият. На 1 фигура пресечните точки не се виждаха, на 2 те бяха зададени. Но това не е резултат от компютърни симулации. - в статията има повторения. Доктор на техническите науки, проф. Феофанов A.N.

19.12.2017 21:21 Отговор на рецензията на автора Наталия Сергеевна Резаева:
Читателят е предимно ученик, но отчасти и учител. С помощта на програмата можете да увеличите тази графика и да видите тези пресечки, всичко това се увеличава и намалява в програмата и няма смисъл да го увеличавате на снимките.

20.12.2017, 7:31 Феофанов Александър Николаевич
Преглед: По-добре и по-ясно е да се покаже пример с триъгълници или кръгове (пресечни точки, общи точки и т.н.) И статията не разкрива функционалността на автоматичното мащабиране на програмата "1C: Математически дизайнер". Феофанов A.N.

22.01.2018, 16:16 Бовтрук Наталия Сергеевна
Преглед: статията има много добро заглавие, а статията просто прави малък анализ на програмите. Необходимо е да се анализира повече същността на програмите във вашия случай.

480 рубли | 150 UAH | $ 7,5 ", MOUSEOFF, FGCOLOR," #FFFFCC ", BGCOLOR," # 393939 ");" onMouseOut = "return nd ();"> Дисертация - 480 рубли, доставка 10 минути, денонощно, седем дни в седмицата

240 рубли | 75 UAH | $ 3,75 ", MOUSEOFF, FGCOLOR," #FFFFCC ", BGCOLOR," # 393939 ");" onMouseOut = "return nd ();"> Резюме - 240 рубли, доставка 1-3 часа, от 10-19 (московско време), с изключение на неделя

Розова Наталия Борисовна. Приложение на компютърното моделиране в учебния процес: 13.00.01, 13.00.02 Розова, Наталия Борисовна Приложение на компютърното моделиране в учебния процес (На примера на изучаване на молекулярна физика в средно училище): Дис. ... Канд. пед. Науки: 13.00.01, 13.00.02 Вологда, 2002 163 стр. РСЛ ОД, 61: 03-13 / 523-2

Въведение

Глава 1. Модели и моделиране в науката и обучението 14

1.1 Модели и моделиране в съвременната наука 14

1.2 Приложение на модели в процеса на обучение на студенти 26

1.3 Компютърна симулация в обучението 33

Глава 2. Психолого-педагогически основи на компютърното обучение 50

2.1 Психологически и педагогически аспекти на компютърното обучение 50

2.2 Характеристики на образователните дейности и тяхното управление на базата на компютърно обучение 58

Глава 3. Методи за организиране и провеждане на уроците по физика в 10. клас на СОУ при изучаване на тема "Молекулярна физика" с помощта на компютърно моделиране 74

3.1 Анализ на състоянието на компютърното моделиране в раздел "Молекулярна физика" 74

3.2 Характеристики на експерименталната програма за компютърно симулиране на динамиката на многочастични системи и възможността за използването й в учебния процес 83

3.3 Методи за организиране и провеждане на уроци по физика в 10 клас при изучаване на раздел "Молекулярна физика" въз основа на експерименталната програма 92

4.1 Задачи на експеримента и организация на провеждането му 128

4.2 Анализ на резултатите от педагогическия експеримент 140

Заключение 147

Въведение в работата

Една от най-важните посоки в развитието на обществото е образованието. Образованието „работи” за бъдещето, то определя личните качества на всеки човек, неговите знания, умения, поведение, култура, мироглед, като по този начин създава икономическия, морален и духовен потенциал на обществото. Информационните технологии са един от основните инструменти в образованието, поради което разработването на стратегия за тяхното развитие и използване в образованието е един от ключовите проблеми. Следователно използването на компютърни технологии придобива национално значение. Много експерти смятат, че в момента компютърът ще даде възможност за качествен пробив в образователната система, тъй като учителят се е сдобил с мощен инструмент за обучение. Обикновено има две основни направления на компютъризация. Първата цели постигане на универсална компютърна грамотност, втората е използването на компютъра като средство за повишаване на ефективността на обучението.

В системата за обучение има два вида дейности: преподаване и обучение. Н.Ф. Тализина и Т.В. Габай предложи да се разгледа ролята на компютъра в обучението от гледна точка на функцията, която изпълнява.

Ако компютърът изпълнява функцията за управление на образователни дейности, тогава той може да се разглежда като учебно средство, което замества учителя, тъй като компютърът симулира образователни дейности, задава въпроси и реагира на отговорите и въпросите на ученика като учител.

Ако компютърът се използва само като средство за образователна дейност, тогава взаимодействието му с учениците се осъществява като „потребител на компютър“. В този случай компютърът не е средство за обучение, въпреки че може да комуникира нови знания. Следователно, когато говорят за компютърно обучение, те имат предвид използването на компютър като средство за управление на учебните дейности.

Въпреки факта, че все още няма единна класификация на програмите за обучение, много автори разграничават сред тях следните пет вида: обучение, наставничество, проблемно обучение, имитация и моделиране, игра. Компютърните модели имат най-висок ранг сред горните. Според V.V. Лаптев, „компютърният модел е софтуерна среда за изчислителен експеримент, която съчетава на базата на математически модел на явление или процес средствата за интерактивно взаимодействие с обекта на експеримента и разработването на средство за показване на информация ... Компютърните модели са основният обект на изчислителната физика, чийто отличителен метод е изчислителен експеримент, точно както отличителният метод на експерименталната физика е естествен експеримент." Академик В.Г. Разумовски отбелязва, че „с въвеждането на компютри в образователния процес се увеличават възможностите на много методи за научно познание, особено метода на моделиране, който може рязко да увеличи интензивността на обучението, тъй като самата същност на явленията се подчертава по време на моделирането и тяхното общото става ясно."

Съвременното състояние на компютърното обучение се характеризира с голям набор от програми за обучение, които се различават значително по качество. Факт е, че в началния етап на компютъризацията на училищата учителите, използвали компютърно обучение, създаваха свои собствени учебни програми и тъй като не бяха професионални програмисти, създадените от тях програми бяха неефективни. Следователно, наред с програмите, които осигуряват проблемно обучение, компютърно моделиране и т.н., има голям брой примитивни програми за обучение, които не влияят върху ефективността на обучението. Така задачата на учителя не е да разработва програми за обучение, а да използва готови висококачествени програми, отговарящи на съвременните методически, психологически и педагогически изисквания.

Един от основните критерии за дидактическата значимост на програмите за моделиране е възможността за провеждане на изследвания, което преди е било неосъществимо в училищна стая по физика. Съдържанието на физическото възпитание съдържа редица раздели, в които естествен експеримент само качествено описва изучаваното явление или процес. Използването на компютърни модели би направило възможно и извършването на количествен анализ на тези обекти.

Една от тези области на училищната физика е молекулярната физика, състоянието на компютърното обучение, в което ще анализираме. Изучавайки го, учениците се сблъскват с качествено нова форма на движение на материята - термично движение, при което освен законите на механиката действат и законите на статистиката. Естествените експерименти (броуново движение, дифузия, взаимодействие на молекули, изпарение, повърхностни и капилярни явления, намокряне) потвърждават хипотезата за молекулярната структура на материята, но не позволяват да се наблюдава механизмът на протичащите физически процеси. Механични модели: Експериментът на Стърн, дъската на Галтън, инсталация за демонстриране на газовите закони позволяват да се илюстрира законът на Максуел за разпределение на газовите молекули по скорости и да се получат експериментално връзките между налягане, обем и температура, необходими за извеждане на законите на газа.

Използването на съвременни електронни и електронни изчислителни технологии дава възможност да се допълни значително дизайна и провеждането на експеримента. За съжаление броят на произведенията по тази тема е много малък.

Статията описва използването на компютър за демонстриране на зависимостта на скоростта на молекулите на различни газове от температурата, изчисляването на промените във вътрешната енергия на тялото по време на изпарение, топене и кристализация, както и използването на компютър в обработката на лабораторните работи. Ето описание на урока за определяне на ефективността на идеален топлинен двигател на базата на цикъла на Карно.

Техниката за провеждане на експеримент с използването на електронни и електронни изчислителни технологии е описана от V.V. Лаптев. Схемата на експеримента изглежда така: измерени стойности - сензори - аналогово-цифров преобразувател-микрокалкулатор MK-V4 или компютър Yamaha. Според този принцип е проектирана универсална електромеханична инсталация за изучаване на физиката на газовите закони в училищен курс.

В книгата на А. С. Кондратьев и В. В. Лаптев "Физика и компютър" са разработени програми, които анализират под формата на графики формулата на Максуелското разпределение на молекулите по скорости, използват разпределението на Болцман за изчисляване на височината на изкачване и изследване цикъла на Карно.

И.В. Гребенев представя програма, която симулира пренос на топлина чрез сблъсък на частици от две тела.

В статията „Моделиране на лабораторната работа на физическа работилница“ V.T. Петросян и други съдържат програма за моделиране на Брауновото движение на частици, чийто брой се задава чрез експеримент.

Най-пълното и успешно развитие на раздела по молекулярна физика е образователният компютърен курс "Отворена физика" LLP NTs PHYSICS. Представените в него модели обхващат целия курс на молекулярната физика и термодинамиката. За всеки експеримент са представени компютърна анимация, графики и числени резултати. Програмите с добро качество, удобни за потребителя, ви позволяват да наблюдавате динамиката на процеса при промяна на входните макропараметри.

В същото време, според нас, този компютърен курс е най-подходящ за затвърждаване на обхванатия материал, илюстриране на физическите закони, самостоятелна работа на студентите. Но прилагането на предложените експерименти като компютърни демонстрации е трудно, тъй като те нямат методическа подкрепа, невъзможно е да се контролира времето на протичащия процес.

Трябва да се отбележи, че към днешна дата „не е разработена установена гледна точка за конкретна индикация: къде и кога да се използва компютър в процеса на обучение, не е натрупан практически опит в оценката на въздействието на компютъра върху ефективността на обучението, няма установени нормативни изисквания за вида, вида и параметрите на хардуерния образователен софтуер“.

Въпроси за методическото осигуряване на педагогическия софтуер бяха поставени от I.V. Гребенев. „Най-важният критерий за ефективността на компютърното обучение вероятно трябва да се счита възможността учениците да получат нови, важни знания по предмета в диалог с компютър, посредством такова ниво или с такъв характер на познавателна дейност, които са невъзможно при безмашинно обучение, при условие, разбира се, че техният педагогически ефект и заплаща времето, прекарано от учителя и ученика”.

Това означава, че за да може използването на компютър да донесе реални ползи, е необходимо да се определи къде съществуващата методология е несъвършена и да се покаже какви свойства на компютъра и как могат да повишат ефективността на обучението.

Анализът на състоянието на компютърното моделиране показва, че:

1) компютърното моделиране е представено от малък брой програми като цяло и в частност такива, които симулират физически процеси въз основа на разпоредбите на молекулярно-кинетична теория (MKT);

2) в програми, които симулират на базата на MCT, няма количествени резултати, а има само качествена илюстрация на всеки физически процес;

3) във всички програми не е представена връзката между микропараметрите на системата от частици и нейните макропараметри (налягане, обем и температура);

4) няма разработена методика за провеждане на уроци с помощта на компютърни симулационни програми за редица физически процеси на МСТ.

Това определя уместността на изследването.

Обект на изследването е учебният процес в средно общообразователно училище.

Предмет на изследването е процесът на използване на компютърно моделиране в обучението по физика в средните училища.

Целта на изследването е да се проучат педагогическите възможности на компютърното моделиране и да се разработи методическа подкрепа за използването на програми за компютърно моделиране на базата на материала от училищния курс по физика.

Въз основа на целта на изследването в работата бяха поставени следните задачи:

1) провеждане на цялостен анализ на възможностите за използване на компютърно моделиране в учебния процес;

2) определя психолого-педагогическите изисквания към образователните компютърни модели;

3) анализира местни и чуждестранни компютърни програми, които симулират физически явления и дават реален учебен ефект;

4) разработва програма за компютърно симулиране на базата на физическото съдържание на средното общообразователно образование (раздел "Молекулярна физика");

5) проверява приложението на експерименталната програма за компютърно симулиране и оценява нейния дидактико-методичен резултат.

Изследователска хипотеза.

Качеството на знанията, уменията и информационната култура на учениците може да се повиши, ако в процеса на обучение по физика се използват компютърни симулационни програми, чиято методическа подкрепа е, както следва:

Адекватно на теоретичните основи на компютърното моделиране в учебния процес се определят задачите, мястото, времето, формата на използване на образователните компютърни модели;

Осъществява се вариативността на формите и методите на управление на дейността на учениците;

Учениците се обучават да преминават от реални предмети към модели и обратно.

Методическата основа на изследването се състои от: системен и деятельност подходи за изследване на педагогическите явления; философски, кибернетични, психологически теории за компютърно моделиране (A.A. Samarsky, V.G. Razumovsky, N.V. Razumovskaya, B.A.Glinsky, B.V.Biryukov, V.A. други); психологически и педагогически основи на компютъризацията на образованието (V.V. Rubtsov, E.I.Mash-bits) и концепцията за развиващо се образование (L.S.Vygotsky, D.B. Elkonin, V.V. P.Ya. Halperin).

Изследователски методи:

Научно-методически анализ на философска, психологическа, педагогическа и методическа литература по изследвания проблем;

Анализ на опита на учителите, анализ на собствения им опит в преподаването на физика в гимназията и методи по физика в университета;

Анализ на моделиращи компютърни програми по молекулярна физика от местни и чуждестранни автори с цел определяне съдържанието на програмата;

Моделиране на физически явления в молекулярната физика;

Компютърни експерименти на базата на избрани симулационни програми;

Разпитване, разговор, наблюдение, педагогически експеримент;

Методи на математическата статистика.

Изследователска база: училища № 3, 11, 17 на Вологда, Вологодски държавен естествено-математически лицей, Физико-математически факултет на Вологодския държавен педагогически университет.

Изследването се проведе на три етапа и имаше следната логика.

На първия етап (1993-1995 г.) се определят проблемът, целта, целите и хипотезата на изследването. Анализирана е философската, педагогическата и психологическата литература с цел идентифициране на теоретичните основи за разработване и използване на компютърни модели в учебния процес.

На втория етап (1995 - 1997 г.) беше извършена експериментална работа в рамките на изследваната задача, бяха предложени методически разработки за използване на програми за компютърно моделиране в уроците по физика.

На третия етап (1997 - 2000 г.) се извършва анализ и обобщаване на експерименталната работа.

Надеждността и валидността на получените резултати се гарантира от: теоретико-методически подходи за изследване на проблема с компютърното моделиране в обучението; комбинация от качествен и количествен анализ на резултатите, включително използване на методи на математическата статистика; методи, адекватни на целта и предмета на изследването; научно обосновани изисквания за разработване на програма за компютърно симулиране.

Последното изисква известно обяснение. Разработихме програма за моделиране на динамиката на системи от много частици, чието изчисление се базира на алгоритъма на Верлет, използван от H. Gould и J. Tobochnik. Този алгоритъм е прост и дава точни резултати дори на кратки интервали от време, което е много важно при изучаване на статистически модели. Оригиналният интерфейс на програмата позволява не само да се види динамиката на процеса и да се променят параметрите на системата, като се записват резултатите, но също така дава възможност за промяна на времето на експеримента, спиране на експеримента, запазване на този кадър и стартиране последващата работа по модела от него.

Изследваната система се състои от частици, чиито скорости са зададени произволно и които взаимодействат помежду си в съответствие със законите на нютоновата механика, а силите на взаимодействие между молекулите се показват чрез кривата на Ленард-Джонсън, тоест програмата съдържа модел на истински газ. Но като промените първоначалните параметри, можете да доведете модела до идеален газ.

Представената от нас програма за компютърно симулиране ни позволява да получим числени резултати в относителни единици, потвърждавайки следните физически закони и процеси:

а) зависимостта на силата на взаимодействие и потенциалната енергия на частиците (молекулите) от разстоянието между тях;

б) Максуелово разпределение на скоростта;

в) основното уравнение на молекулярно-кинетична теория;

г) законите на Бойл-Мариот и Чарлз;

д) Експерименти на Джаул и Джоул-Томсън.

Горните експерименти могат да потвърдят валидността на метода на статистическата физика, тъй като резултатите от числения експеримент съответстват на резултатите, получени въз основа на законите на статистиката.

Педагогическият експеримент потвърди ефективността на методологията на урока с използване на компютърни симулационни програми.

Научна новост и теоретична значимост на изследването:

1. Извършено е цялостно описание на използваното в учебния процес компютърно моделиране (философско, кибернетично, педагогическо).

2. Обосновани са психолого-педагогическите изисквания към моделите за компютърно обучение.

3. Приложен е методът за компютърно симулиране на динамиката на много частици, което даде възможност за първи път в училищния курс по молекулярна физика да се създаде компютърен модел на идеален газ, който дава възможност да се демонстрира връзката между микропараметрите на системата (скорост, импулс, кинетична, потенциална и обща енергия на движещите се частици) с макропараметри (налягане, обем, температура).

4. На базата на компютърни симулационни програми в методологията на физиката са проведени следните числени експерименти: получено е основното уравнение на молекулярно-кинетичната теория; показана е връзката между температурата и кинетичната енергия на транслационното движение на частици (молекули); Експериментите на Джаул и Джоул-Томсън са симулирани за идеални и реални газове.

Практическата значимост на изследването се състои в това, че избраното съдържание и разработените програми за компютърно симулиране могат да се използват в средните училища за провеждане на числен експеримент по редица въпроси от молекулярната физика. Разработена е и експериментално тествана методика за провеждане на уроци по молекулярна физика с помощта на симулационни компютърни програми. Материалите и резултатите от изследването могат да бъдат приложени и в процеса на обучение на студенти от педагогически университети и повишаване на квалификацията на учителите по физика и информатика.

Извършена е апробация на основните материали и резултати, получени в хода на изследването

На международната електронна научно-техническа конференция (Вологда, 1999 г.);

На междууниверситетската научно-практическа конференция "Социални аспекти на адаптацията на младежта към променящите се условия на живот" (Вологда, 2000 г.);

На втората регионална научно-методическа конференция „Съвременни технологии във висшето и средното професионално образование” (Псков, 2000 г.);

На шестата Всеруска научно-практическа конференция "Проблемът на образователния физически експеримент" (Глазов, 2001);

При преподаване на физика в средните училища на град Вологда, в класната стая по методите на преподаване на физика със студенти от VSPU, на семинари на аспиранти на VSPU и преподаватели от катедрата по обща физика и астрономия.

За защита се представят:

1. Теоретични подходи към приложението на компютърното моделиране в учебния процес и неговото методическо осигуряване.

3. Методика за организиране и провеждане на уроци по физика в 10. клас на средно общообразователно училище при изучаване на тема „Молекулярна физика” на базата на програма за компютърно симулиране.

Структурата на дипломната работа.

Структурата на дипломната работа се определя от логиката и последователността на решаване на поставените задачи. Дисертацията се състои от въведение, четири глави, заключение и библиография.

Модели и симулация в съвременната наука

В момента моделите и моделирането, като един от методите за познание на околния свят, се използват широко в науката, технологиите и обучението.

Терминът "модел" идва от латинската дума modulus, което означава мярка, модел, норма. Холистичният поглед на човека към света в повечето случаи се отразява в съзнанието му под формата на определен физически модел.

В съвременната философия се дават следните определения на понятията модел и моделиране.

„Модел (френски modele) в логиката и методологията на науката е аналог (схема, структура, знакова система) на определен фрагмент от природната или социална реалност, продукт на човешката култура, концептуално-теоретическо образование и т.н. оригинал на модела. Този аналог служи за съхраняване и разширяване на знания (информация) за оригинала, неговите свойства и структури, за неговото трансформиране или управление. От епистемологична гледна точка моделът е „представител”, „заместник” на оригинала в познанието и практиката. Резултатите от обработката и изследването на модела при определени условия, изяснени по логика и методика и специфични за различни области и видове модели, се пренасят в оригинала. „Моделирането е метод за изучаване на обекти на познание по техни модели; изграждане и изследване на модели, обекти и явления от реалния живот (органични и неорганични системи, инженерни устройства, различни процеси - физични, химични, биологични, социални) и конструирани обекти за определяне или подобряване на техните характеристики, рационализиране на методите за тяхното изграждане, контрол тях и др. НС." ... В зависимост от вида на моделите се разграничават предметно и знаково моделиране. При предметно моделиране изследването се извършва върху модел, който възпроизвежда определени геометрични, физически или функционални характеристики на оригинала. Например, при аналоговото моделиране механичните, акустични, хидродинамични и други явления се изучават с помощта на енергийни модели, тъй като функционирането на модела и оригинала се описва от едни и същи диференциални уравнения.

„В знаковото моделиране моделите са схеми, чертежи, формули, предложени на определена азбука (естествен или изкуствен език) и т.н.“ ... Моделирането е един от важните методи за познание, поради което принадлежи към епистемологичната категория. Резултатите, получени по време на изследването на моделите, могат да бъдат прехвърлени в оригинала, ако моделът отразява свойствата на оригинала.

Тази класификация се основава на метода за възпроизвеждане на свойствата на оригинала в модела. Всички модели са разделени на два класа: материални и идеални. Материалните модели включват модели, които съществуват обективно и са създадени от човека за възпроизвеждане на структурата и същността на изучавания процес или явление.

За пространствено сходни модели предпоставка е геометричната прилика с оригинала, т.к те отразяват пространствените свойства и взаимоотношения на обекта. Тази група включва различни оформления, модели на технически устройства, кристални решетки и др.

При физически подобни модели е необходимо сходството на неговата физическа природа с оригинала и идентичността на законите на движението. Такива модели се различават от естеството, показано от тях само по промяна в пространствената или времевата скала. Тази група включва работещи модели на различни технически устройства, например електрически двигатели и генератори, кораби, самолети и др.

Математически подобни модели на функциониране на обектите на изследване трябва да се описват с едни и същи математически уравнения и като правило нямат физически и геометрични прилики с оригинала. Математическите модели включват аналогови, структурни, цифрови, кибернетични модели.

Психолого-педагогически аспекти на компютърното обучение

През последните години местни и чуждестранни психолози обръщат внимание на ролята на индивидуалните особености на учениците в учебния процес. Търсенето на начини за запазване и по-нататъшно развитие на индивидуалността на детето, неговия потенциал, способности доведе до разработването на концепции за индивидуализация на обучението. Съдействие чрез индивидуализация при изпълнение на учебните програми от всеки ученик, превенция на неуспеха на учениците; формирането на общообразователни умения и способности на базата на зоната на проксимално развитие на всеки ученик; подобряване на мотивацията за учене и развитие на познавателни интереси; формирането на лични качества: независимост, трудолюбие, креативност - същността на индивидуализацията на обучението. Основното предимство е, че индивидуализацията ви позволява напълно да адаптирате съдържанието, методите и темпа на учебната дейност на детето към неговите характеристики, да наблюдавате действията му на всеки етап от решаването на проблема, да правите навременни корекции в дейностите на ученика и учителя, да се адаптирате ги към постоянно променящите се, но контролирани ситуации от страна на ученика и учителя. Всичко това позволява на ученика да работи икономично, да контролира разхода на силите си и да постига по-високи резултати.

Технологията на индивидуализация на обучението обхваща всички звена на образователния процес – цели, съдържание, методи и средства. Характеристиките на индивидуализираното обучение са хуманистични по своята философска основа; фактори на развитие: био-, социо- и психогенни; принципът на управление е системата „възпитател”, подходът към детето е хуманен и личен, организационните форми са академични, индивидуални и групови; преобладаващият метод е програмиран, саморазвиващ се, творчески. Една от възможностите за индивидуализиране на обучението е разработването на идеи за адаптивно обучение. Отчита се както възрастта, така и индивидуалните особености на учениците. Адаптирането може да се основава на информация, събрана от учебния опит на всеки ученик или програмирана предварително. Адаптивната система, програмирана предварително, обикновено изпълнява обучение по разклонена програма, където в зависимост от естеството на допуснатата грешка се посочва кои помощни действия се издават. Адаптивните системи за обучение, като правило, отчитат: а) правилността на отговора, б) причините, предизвикали трудности при изпълнение на образователни задачи.

Развитието на технологиите, разработването на различни видове технически устройства правят възможно комбинирането на възможностите на технологията за индивидуализация на обучението с използването на съвременни компютърни технологии.

Компютърното обучение, базирано на гъвкаво и оперативно адаптиране към индивидуалните характеристики на всеки ученик, е в състояние да предотврати появата на психологически дискомфорт, намаляване на самочувствието, намаляване на образователната мотивация, тъй като е в състояние да отчита индивидуалността на ученика като доколкото е възможно.

Л.В. Шеншев описва три варианта за адаптивно обучение. Първият вариант е концепцията за максимална адаптивност на английския кибернетик Г. Паск. Втората е теорията за частичната адаптивност на американския психолог Н. Краудър. Третата е концепцията за минимална адаптивност от Б. Скинър. Авторите на теориите за адаптивно обучение са сходни в оценката на причините за ниската ефективност на традиционното учене и в избора да елиминират тези причини. Концепциите за адаптивно обучение налагат определени изисквания към образователния процес:

1. Бързо адаптиране към индивидуалните особености на учениците, отчитане на темпа на учене, диагностициране на причините за трудностите, навременно коригиране на учебния материал.

2. Непрекъснато и целенасочено управление на афективно-мотивационната сфера на ученика, стабилизиране на състоянието му. 3. Поддържане на непрекъснат диалог, стимулиране на активността на учениците.

4. Автоматизация на обучението.

Изпълнението на изброените изисквания може по-лесно да се припише на компютърното обучение, тъй като учителят не може едновременно да се адаптира към различни ученици, докато машината е безпристрастна, търпелива и неуморна.

Горните концепции за адаптивно обучение бързо навлизат в масовата практика, като пораждат модерно хоби за преподаване на устройства и програми за компютри. Аматьорски и примитивни в своите педагогически възможности, те пренебрегнаха основната идея за отчитане на индивидуалните характеристики и стабилизиране на положителното емоционално настроение на учениците. Във връзка с това състояние на нещата е поставена под въпрос ефективността на компютърното обучение. Настоящият случай за използване на компютри отразява констатациите на разработчиците на адаптивно обучение. Това е както важността на отчитането на динамиката на усвояването, така и автоматизацията на обучението, което позволява на учителя да не се разсейва от организационни задачи.

Анализ на състоянието на компютърното моделиране в раздел "Молекулярна физика"

В първа и втора глави разгледахме въпросите за използването на компютърно моделиране в обучението от гледна точка на епистемологията, педагогиката и психологията, както и определихме тяхното място и функции. Използването на компютърни модели в обучението по физика дава възможност да се покаже значението на моделирането като метод за опознаване на околния свят, допринася за формирането на абстрактно мислене, развитието на познавателния интерес и овладяването на елементите на информационната култура. В същото време, за да се реализират по-пълно такива предимства като възможността за индивидуално обучение, управление на образователни дейности, видимост, имитационни свойства на компютърни модели, е необходимо да се идентифицира онзи клон на физиката, в който използването на компютърно моделиране ще даде реален учебен ефект и ще определи методически техники за включването му в урока. ...

Трудността при изучаването на курса "Молекулярна физика и термодинамика" в основното средно училище е, че тук учениците се сблъскват с качествено нова форма на движение на материята - термично движение, при което освен законите на механиката се прилагат и законите на статистиката. също действат. Освен това природните експерименти (броуново движение, дифузия, взаимодействие на молекули, изпаряване, повърхностни и капилярни явления, намокряне) само потвърждават хипотезата за молекулярната структура на материята, но не позволяват да се наблюдава механизмът на протичащите физически процеси. Механични модели: Експериментът на Стърн, дъската на Галтън, апаратът за демонстриране на газовите закони ни позволяват да илюстрираме закона на Максуел за разпределение на молекулярните скорости и да получим експериментално връзките между налягане, обем и температура, необходими за извеждане на законите на газа. Повишаването на ефективността на урока може да даде разширяване и подобряване на демонстрационния или лабораторния експеримент с помощта на компютър (изтъкнахме значението на компютърните модели в изучаването на физиката в). Такива софтуерни инструменти за провеждане на демонстрационен експеримент в училищния курс по молекулярна физика и термодинамика са налични, макар и в малък брой. Разгледахме редица произведения и тук представяме анализ на всички познати ни компютърни програми, използвани в изучаването на молекулярната физика и термодинамиката.

Използването на съвременни електронни и електронни изчислителни технологии може значително да подобри дизайна и провеждането на експеримента. Статията описва използването на компютър за демонстриране на зависимостта на скоростта на молекулите на азот, водород, аргон и въздух от температурата, изчисляване на промените във вътрешната енергия на тялото по време на топене и кристализация, по време на изпарение и за газообразно състояние , както и използването на компютър при обработка на резултатите от лабораторната работа.

В същата книга е дадено описание на урок за определяне на ефективността на идеален топлинен двигател на базата на цикъла на Карно. Компютър действа като модел на цикъла на Карно, който програмно реализира адиабати и изотерми на екрана на монитора, представяйки графично цикъла на Карно.

Техниката за провеждане на експеримент с използването на електронни и компютърни технологии е описана от V.V. Лаптев. Той използва гъвкавостта на електрическия сигнал, който не само съдържа необходимата информация, но може да се обработва и от електронни компютри. Следователно е необходимо всички неелектрически величини, участващи в експеримента, да се преобразуват в електрически с помощта на първични преобразуватели - сензори, на изхода на които се появява електрически аналогов сигнал, обикновено под формата на електрическо напрежение. В. В. Лаптев Със служители са разработени и произведени няколко сензора за измерване на осветеност, температура и време. Сигналите на сензорите могат да бъдат записани с стрелка или цифрови измервателни устройства. За да се използва цифрово електронно изчислително оборудване при обработката на резултатите от експеримента, е необходимо аналоговият сигнал да се преобразува в цифров с помощта на аналогово-цифров преобразувател, като се използват съответните микросхеми за това. Така схемата на експеримента изглежда така: измерени стойности - сензори - аналогово-цифров преобразувател - микрокалкулатор MK-64 или компютър Yamaha. Този принцип е използван за конструиране на универсална електромеханична демонстрационна инсталация за изучаване на физиката на газовите закони в училищен курс. Стойностите на налягането, обема и температурата, измерени в експеримента, от своя страна се фиксират на демонстрационен цифров индикатор и се подават към шината за данни на компютъра, който показва графики на всички възможни зависимости между налягане, обем и температура върху екран. След начертаване на графиките, числените стойности на тези количества се въвеждат в RAM на компютъра и могат да бъдат показани на екрана на дисплея под формата на таблица с експериментални данни и използвани за количествени изчисления. Така студентите имат възможност да наблюдават едновременно количествените и качествените характеристики на газовите процеси.

Теза по темата:

„Използване на образователни и творчески задачи в обучението по компютърно моделиране за развитие на творческите способности на учениците“

Въведение

Глава I. Теоретични основи на развитието на творческите способности на учениците в процеса на обучение по компютърно моделиране

Глава II. Експериментална работа по изследване на ролята на образователните и творчески задачи в обучението по компютърно моделиране в развитието на творческите способности на учениците

Заключение

Библиография

Приложение

Въведение

Настоящето време се характеризира с масово навлизане на информационните технологии във всички сфери на човешкия живот и дейност, промяна в ролята и мястото на персоналните компютри в съвременното общество. Човек, който умело и ефективно владее технологиите и информацията, има различен, нов стил на мислене, различно подхожда към оценката на възникналия проблем, към организацията на своята дейност. Нарастващата роля на компютърните технологии предоставя на потребителя нови възможности, които могат да повлияят на неговото образование, мироглед и творчество.

Нашето време е време на промяна, ние влязохме в обществото на знанието. Целите и ценностите на образованието са се променили. Ако по-рано целта беше предметно знание, сега основната ценност на образованието е личностното развитие. На настоящия етап на развитие обществото се нуждае от хора с добър творчески потенциал, които могат да вземат нестандартни решения, които могат да мислят творчески.

За съжаление, съвременното масово училище все още запазва нетворчески подход към усвояването на знания. Монотонното, стереотипно повторение на едни и същи действия убива интереса към ученето. Децата са лишени от радостта от откритието и може постепенно да загубят способността си да бъдат креативни. Един от основните проблеми на съвременното образование е ниската творческа инициатива на учениците. Преобладаващото мнозинство от учениците показват пълна неспособност да решават проблеми, които нямат стандартни алгоритми за решение. Задачата на съвременното училище е разработването и прилагането на специални техники, насочени към развитието на творческите способности.

Анализът и систематизирането на различни аспекти на формирането и развитието на творческите способности са посветени на трудовете на Д.Б. Богоявленская, Л.С. Виготски, В.Н. Дружинин, Н.С. Лейтес, A.N. Лука, И. Я. Пономарева, С.Л. Рубинщайн, Б.М. Теплова, В.Д. Шадриков и др.

Успехът в интелектуалното развитие на ученика се постига предимно в класната стая, където степента на интереса на учениците към ученето, нивото на знанията и готовността им за постоянно самообразование зависят от способността на учителя да организира системна познавателна дейност. тяхното интелектуално развитие.

Много учени - A.I. Бочкин, В.А. Далингер, Г.Г. Воробиев, В.Г. Кинелев, К.К. Колин и др. Има няколко причини за това. Първо, информатиката е фундаментална и сложна наука, която обхваща всички сфери на човешката дейност. Второ, информатиката, в тесен смисъл, е науката за това как компютрите и телекомуникационните системи се използват в човешката дейност, което от своя страна може да играе ролята на ефективно средство за развитие на творческите способности на учениците.

Нашата изследователска работа е насочена към изследване на влиянието на образователните и творчески задачи при обучението по компютърно моделиране в уроците по информатика върху развитието на творческите способности на учениците.

Работата на В.К. Белошапки, С.А. Бешенкова, И. В. Галигина, A.G. Хайн, А.В. Горячева, Т.Б. Захарова, И.И. Зубко, А.А. Кузнецова, B.C. Леднева, A.S. Лесневски, В.П. Линкова, Н.В. Макарова, Н.В. Матвеева, Е.А. Ракитина, Ю.Ф. Титова, Е.К. Хенър, A.P. Шестакова, М.И. Шутикова и други автори.

Формиране на представа за предметната област в съзнанието на ученика, свързана с организацията на неговите информационни дейности за анализ на предметната област и формирането или използването на система от понятия за описване на предметната област. Следователно можем да кажем, че ученето е „изграждане в главата“ на студентските информационни модели от изучаваната предметна област. Следователно моделирането е от особено значение в педагогиката като метод за познание на света около нас, информационните процеси, протичащи в природата и обществото, и изучаването на информационно-логическото моделиране в училищния курс по информатика като инструмент за познание, средство за преподаване и обект на изучаване придобива все по-голямо значение. Това налага изучаване на проблема с информацията и информационно-логическото моделиране в учебния процес.

Един от начините за развитие на творческите способности на учениците е идеята за използване на образователни и творчески проблеми и решаването им с помощта на компютър. При решаването на подобни проблеми възниква творчески акт, намира се нов път или се създава нещо ново. Тук се изискват специални качества на ума, като наблюдателност, способност за сравняване и анализиране, за намиране на връзки и зависимости, всичко, което заедно съставлява творчески способности.

Решаването на образователни и творчески задачи с професионално ориентирано съдържание е не само средство за осъществяване на междупредметни връзки, но и методически подход, който ви позволява да демонстрирате значението на информационните технологии, както в съвременния свят, така и в бъдещите специфични професионални дейности. И тъй като подобни проблеми се решават с помощта на компютър, нараства интересът към изучаването на информационните технологии не само като инструмент, който позволява да се извършват необходимите изчисления, но и като средство за моделиране на реално производство и др. процеси.

Обект на изследване: развитие на творческите способности на учениците.

Предмет на изследване: развитие на творческите способности на учениците в процеса на обучение по компютърно моделиране.

Цел на изследването: да проучи възможностите за развитие на творческите способности на учениците при преподаване на компютърно моделиране с помощта на учебни и творчески задачи в учебния курс по информатика.

За постигане на целта на изследването се планира да се реши следното задачи :

Разкрийте същността на творческите способности на учениците;

Определете мястото и значението, целите и задачите на обучението по компютърно моделиране;

Проучете списъка с основни знания и концепции за компютърно моделиране, разкрийте тяхната същност;

Разширете ролята на използването на образователни и творчески задачи в обучението по моделиране в развитието на творческите способности;

Експериментално проверете ефективността на прилагането на творчески задачи на компютърно моделиране за развитие на творческите способности на учениците;

Анализирайте и направете заключения за теоретични изследвания и експериментална проверка на ефективността на развитието на творческите способности на учениците при използване на творчески задачи на компютърно моделиране.

Като изследователски хипотезибеше предложено, че един от най-важните фактори за развитието на творческите способности на учениците е използването на учебни и творчески задачи.

За решаване на поставените задачи и проверка на хипотезата, набор от допълващи се изследователски методи :

компютърно симулационно творчество

Теоретичен: анализ на психолого-педагогическа, научно-методическа, учебна литература, материали от периодични издания и нормативни документи;

Диагностика (тестване на ученици);

Експериментирайте.

Структурата на нашата изследователска работа:

Работата се състои от въведение, 2 глави, заключение, списък на използваната литература и приложение.

Въведението обосновава актуалността на темата на тази работа.

В първата глава се разглеждат теоретичните основи на развитието на творческите способности на учениците в процеса на обучение по компютърно моделиране.

Втора глава описва експерименталната работа по изследване на ролята на учебните и творчески задачи в обучението по компютърно моделиране в развитието на творческите способности на учениците, дадени са методически разработки.

В заключение се разкрива теоретичната и практическата значимост на получените резултати.

Глава I. Теоретични основи на развитието на творческите способности на учениците в процеса на обучение по компютърно моделиране

1.1 Креативност и креативност

Проблемът с творчеството стана толкова актуален в наши дни, че с право се смята за „проблем на века“. Творчеството далеч не е нов обект на изследване. Тя винаги е интересувала мислители от всички епохи и е предизвиквала желанието да се създаде „теория на творчеството“.

Създаване се интерпретира като социално-историческо явление, което възниква и се развива в процеса на взаимодействие между субект и обект на основата на социалната практика. От гледна точка на философията творчеството е дейност на хората, която преобразува природния и социалния свят в съответствие с целите и потребностите на човека въз основа на обективните закони на дейността.

Творчеството се разбира като дейност, насочена към създаване на по същество нови неща; като процес, включен във формулирането и решаването на задачи, нестандартни задачи; като форма на познание на действителността и др. ...

Видовете творчество са много различни по своята същност – те са художествено, научно, техническо, педагогическо творчество. След L.S. Виготски, който дефинира „творчеството на социалните отношения“, т.е. „творческа способност за бързо и умело социално ориентиране“, можем да разграничим комуникативно и адаптивно творчество.

Креативността е мислене в най-висшата си форма, която надхвърля познатото, както и дейност, която генерира нещо качествено ново. Последното включва формулирането или избора на проблем, търсенето на условия и начин за решаването му и в резултат - създаването на нов.

Творчеството може да се осъществява във всяка област на човешката дейност: научна, производствено-техническа, художествена, политическа и др.

Творчеството е явление, свързано предимно с конкретни предмети и свързано с характеристиките на човешката психика, законите на висшата нервна дейност, умствения труд.

Психологически, креативносте съвкупност от онези компоненти на дейността на субекта, които за този субект са носители на качествено нови идеи.

Прилага се в учебния процестворчеството трябва да се дефинира като форма на човешка дейност, насочена към създаване на качествено нови за него ценности, които имат социално значение, т.е. важно за формирането на личността като социален субект.

Под творческа дейност разбираме такава човешка дейност, в резултат на която се създава нещо ново – независимо дали е обект на външния свят или конструкция на мислене, водеща до ново познание за света, или чувство, което отразява ново отношение към реалността.

Това е форма на човешка или колективна дейност – създаване на качествено нова такава, която никога досега не е съществувала. Стимул за творческа дейност е проблемна ситуация, която не може да бъде разрешена с традиционни методи. Оригиналният продукт на дейност се получава в резултат на формулирането на нестандартна хипотеза, преценката на нетрадиционните взаимовръзки на елементите на проблемна ситуация и т.н.

Предпоставките за творческа дейност са гъвкавостта на мисленето, критичността, способността за сближаване на понятията, целостта на възприятието и др.

Творческата дейност е средство за развитие на творческите способностиот изпълнявайки творчески задачи в частност и извършвайки творческа дейност като цяло, субектът използва своите способности за решаване на проблем и следователно ги развива в хода на решаването.

Заложбите на творчеството са присъщи на всеки човек. Трябва да можете да ги разкривате и развивате.

Творчеството варира от голям и ярък талант до скромен и изтънчен, но същността на творческия процес е една и съща за всички. Разликата е в специфичния материал на творчеството, мащаба на постиженията и тяхната социална значимост.

Изследвайки естеството на творчеството, учените предложиха да наричат ​​способността, съответстваща на творческата дейност, творчество.

Креативност (от лат. creatio - създаване) - общата способност за творчество, характеризира личността като цяло, проявява се в различни сфери на дейност, разглежда се като относително независим фактор на надареността.

Креативността е интегративна способност, която включва системи от взаимосвързани способности - елементи. Например, творческите способности са въображение, асоциативност, фантазия, мечтателност.

Импулс за подчертаване на креативността бяха данните за липсата на връзка между традиционните тестове за интелигентност и успеха при решаване на проблемни ситуации.

Беше признато, че последното (креативността) зависи от способността да се използва информацията, дадена в задачите, по различни начини с бързи темпове. Тази способност се нарича креативност и започва да се изучава независимо от интелигентността – като способност, която отразява свойството на индивида да създава нови понятия и да формира нови умения. Креативността се свързва с творческите постижения на индивида.

От гледна точка на дейността, творчеството може да се прояви по различни начини: както на ниво интегрална личност (научно, художествено, педагогическо творчество), така и на отделни компоненти на познавателната дейност - в хода на решаване на творчески проблеми, участие в проекти , и т.н. Но винаги можете да намерите проявление на способността да се установяват на пръв поглед неочаквани връзки и взаимоотношения, когато творческа личност самостоятелно изгражда система от отношения с субекта и социалната среда. И това трябва да се счита за най-важно в творческия процес, без да се отрича все пак значимостта на крайния резултат. Така в педагогическа гледна точка основното в творчеството е ученикът в хода на познавателната творческа дейност да осъзнае своята значимост като „преобразител на света”, откривател на ново, осъзнаващ себе си като личност. И там, където учителят е успял да постигне това, можем да говорим за формиране на рефлексивно отношение към творчеството, което предполага и наличие на собствена гледна точка, известна смелост и независимост при вземането на решения.

Креативността е смесица от много качества. И въпросът за компонентите на човешкото творчество все още е отворен, въпреки че в момента има няколко хипотези относно този проблем.

Известният руски изследовател на проблема за творчеството A.N. Лукът, базиран на биографиите на видни учени, изобретатели, художници и музиканти, отличава следното Творчески умения :

1. Способността да виждате проблема там, където другите не го виждат.

2. Способността да се ограничават умствените операции, като се заменят няколко понятия с едно и се използват символи, които са все по-информационни.

3. Способност за прилагане на уменията, придобити при решаване на един проблем, за решаване на друг.

4. Способността да се възприема реалността като цяло, без да се разделя на части.

5. Възможност за лесно свързване на далечни понятия.

6. Способността на паметта да дава правилната информация в точния момент.

7. Гъвкавост на мисленето.

8. Възможност за избор на една от алтернативите за решаване на проблем, преди да го проверите.

9. Способност за включване на нововъзприета информация в съществуващите системи от знания.

10. Способността да виждате нещата такива, каквито са, да различавате наблюдаваното от това, което се въвежда от интерпретацията.

11. Лекота при генериране на идеи.

12. Творческо въображение.

13. Възможност за усъвършенстване на детайлите, за подобряване на оригиналната концепция.

Кандидатите на психологическите науки V.T. Кудрявцев и В.С. Синелников, въз основа на широк исторически и културен материал (история на философията, социални науки, изкуство, отделни сфери на практика) идентифицира следното универсално творчество разработени в хода на човешката история:

1. Реализъм на въображението - образно схващане на някаква съществена, обща тенденция или модел на развитие на един интегрален обект, преди човек да има ясна представа за него и да може да го впише в система от строги логически категории.

2. Възможност за виждане на цялото преди частите.

3. Свръхситуативно-трансформативният характер на творческите решения – способността при решаване на проблем не просто да се избира от наложените отвън алтернативи, а самостоятелно да се създава алтернатива.

4. Експериментиране – способност за съзнателно и целенасочено създаване на условия, при които обектите най-ярко разкриват своята същност, скрита в обикновени ситуации, както и способността да се проследяват и анализират особеностите на „поведението” на обектите в тези условия.

Учени и преподаватели, участващи в разработването на програми и методи за творческо образование, базирани на TRIZ (теория за решаване на изобретателски проблеми) и ARIZ (алгоритъм за решаване на изобретателски проблеми), смятат, че един от компоненти на творчеството човек се състои от следните способности:

1. Способност за поемане на рискове.

2. Дивергентно мислене.

3. Гъвкавост в мисленето и действието.

4. Скоростта на мислене.

5. Способност за изразяване на оригинални идеи и измисляне на нови.

6. Богато въображение.

7. Възприемане на многозначността на нещата и явленията.

8. Високи естетически стойности.

9. Развита интуиция.

Много психолози свързват способността за творческа дейност преди всичко с особеностите на мисленето. По-специално, известният американски психолог Дж. Гилфорд, който изучава проблемите на човешкия интелект, установява, че т.нар. дивергентно мислене... Хората с този тип мислене, когато решават проблем, не концентрират всичките си усилия в намирането на единственото правилно решение, а започват да търсят решения във всички възможни посоки, за да обмислят възможно най-много варианти. Такива хора са склонни да образуват нови комбинации от елементи, които повечето хора познават и използват само по определен начин, или да образуват връзки между два елемента, които на пръв поглед нямат нищо общо. Дивергентният начин на мислене е в основата на творческото мислене.

Дивергентното мислене характеризира :

· бързина- способност за изразяване максимумаброят на идеите, начините за решаване на даден проблем и тук е важно тяхното количество, а не качество;

· гъвкавост- способност за номиниране разнообразенидеи, например, свързани с използването на обекти, методи и т.н. (в най-разпространения тест за проверка на гъвкавостта на мисленето се предлага да се измислят различни начини за използване на обект за ежедневна употреба);

· оригиналност- способност за генериране на нови нестандартниидеи, далечни асоциации, намират необичайни отговори, които се различават от общоприетите;

· точност- способност подобряванепродукт на творчество, добавяне на детайли, стремеж към завършеност.

Успехът на творческите постижения обаче осигурява специална комбинация от два типа мислене – дивергентно и конвергентно. Само с високо ниво на способност за "действие в ума", богато въображение, основано на личен опит и знания, висока емоционалност, е възможно да се покаже високо ниво на креативност.

Креативно мислене - пластично и оригинално мислене, при което субектът приема много решения. В случаите, когато обикновен човек може да открие само едно или две, за творческото мислене не е трудно да премине от един аспект на проблема към друг, без да се ограничава само до една гледна точка, то генерира неочаквани, нетривиални, необичайни решения . И интуицията, и логиката са присъщи на механизма на творческото мислене.

В процеса на изучаване на способностите се разкрива важната роля на въображението в разкриването и разширяването на творческите възможности.

Въображение е процесът на трансформиране на репрезентации, които отразяват реалността, и създаването на нови репрезентации на тази основа.

Най-важната стойност на въображението е, че ви позволява да си представите резултата от труда, преди той да започне, като по този начин ориентира човек в процеса на дейност.

Въображението и творчеството са тясно свързани едно с друго. Връзката между тях обаче по никакъв начин не е такава, че човек да изхожда от въображението като самодостатъчна функция и да извлича творчеството от него като продукт на неговото функциониране. Водеща е обратната зависимост; въображението се формира в процеса на творческа дейност. Специализацията на различни видове въображение не е толкова предпоставка, колкото резултат от развитието на различни видове творческа дейност. Следователно има толкова специфични видове въображение, колкото има специфични, уникални видове човешка дейност – конструктивна, техническа, научна, художествена, изобразителна, музикална и т.н. Всички тези видове въображение, които се формират и проявяват в различни видове творческа дейност, представляват вид от най-високо ниво - творческо въображение .

Творческото въображение, възникващо в труда, предполага самостоятелно създаване на образи, които се реализират в оригиналните и ценни продукти на дейността 926, с.65].

Във всякакъв вид дейност творческото въображение се определя не толкова от това, което човек може да си представи, независимо от реалните изисквания на реалността, а от това как умее да трансформира реалността, обременена със случайни, незначителни детайли.

По този начин, анализирайки горните подходи за разкриване на понятията „креативност“, „креативност“ и дефиницията на съставните части на творческите способности, можем да заключим, че въпреки разликата в тяхната дефиниция, изследователите единодушно разграничават творческото мислене и творческото въображение. като основни компоненти на творческите способности.

1.2 Преподаване на компютърно моделиране в училищния курс по информатика

В нашата изследователска работа приемаме, че най-ефективен от гледна точка на развитие на творческите способности на учениците е материалът, свързан с информационното моделиране. Преди да проверим тази хипотеза, нека разгледаме мястото и значението на компютърното моделиране, целите и задачите на обучението по компютърно моделиране и концепциите, формирани в обучението по моделиране.

1.2.1 Мястото и значението на компютърното моделиране в училищния курс по информатика

В задължителния минимум от съдържанието на обучението по информатика има направление „Моделиране и формализиране”, което наред с линията информация и информационни процеси е теоретичната основа на основния курс по информатика.

Темата за моделирането не трябва да се приема като чисто теоретична и независима от всички други теми. Повечето от разделите на основния курс са пряко свързани с моделирането, включително теми, свързани с технологичната линия на курса. Като инструменти за работа с информационни модели трябва да се разглеждат текстовите и графичните редактори, СУБД, процесорите за електронни таблици, компютърните презентации. Алгоритмизацията и програмирането също са пряко свързани с моделирането. Следователно, линията за моделиране е пресечна за много раздели от основния курс.

Според Бешенков S.A. и други теми "Информация и информационни процеси" и "Формализация и моделиране" са ключови теми в курса на компютърните науки. Тези теми обединяват в едно цяло традиционни теми като "Алгоритми и изпълнители", "Информационни технологии" и др.

Създателите на авторските курсове "Информатика в игри и задачи" и "Информатика-плюс" смятат, че основната задача на училищния курс по информатика е формирането и развитието на способността за анализиране и изграждане на информационно-логически модели.

Бояршинов М.Г. счита за целесъобразно в рамките на дисциплината информатика да се въведе курс по компютърно моделиране, чиято цел е да запознае студентите с методите за решаване на задачи по физика, химия, математика, икономика, екология, медицина, социология, хуманитарни дисциплини, дизайн и технологични проблеми при използване на съвременни компютърни технологии.

А. А. Кузнецов, С. А. Бешенков, Е. А. Ракитина считат, че основните компоненти на курса по информатика, които му придават системен характер, са "Информационни процеси", "Информационни модели", "Информационни основи на управлението". Решението на проблема винаги започва с моделиране: изграждане или избор на редица модели: моделът на съдържанието на проблема (формализация на условията), моделът на обекта, избран като работещ за решаване на този специфичен проблем, моделът (метод) на решението и модела на процеса на решаване на задачата.

По този начин изследването на информационните процеси, както и всяко явление от външния свят като цяло, се основава на методологията на моделиране. Спецификата на информатиката е, че тя използва не само математически модели, но и модели от всякакви форми и видове (текст, таблица, фигура, алгоритъм, програма) - информационни модели. Концепцията за информационния модел дава на курса по информатика този широк спектър от междупредметни връзки, чието формиране е една от основните задачи на този курс в основното училище. Самата дейност по изграждане на информационен модел – информационното моделиране е обобщен вид дейност, която характеризира информационната наука.

Един от ефективните методи за опознаване на заобикалящата реалност е методът на моделиране, който е мощен аналитичен инструмент, който е погълнал целия арсенал от най-новите информационни технологии.

Обобщаващият характер на понятието "информационно моделиране" се дължи на факта, че когато работим с информация, ние винаги или работим с готови информационни модели (действаме като техен наблюдател), или разработваме информационни модели.

Информационното моделиране е не само обект на изучаване в компютърните науки, но и най-важният начин на познавателна, образователна и практическа дейност. Може да се разглежда и като метод за научно изследване и като самостоятелна дейност.

И. И. Зубко информационното моделиране дефинира като „нов общонаучен метод за опознаване на обекти от заобикалящата действителност (реални и идеални), фокусиран върху използването на компютър“. Моделирането се разглежда като начин на познание, от една страна, и като съдържание, което трябва да бъде усвоено от учениците, от друга. Авторът смята, че най-ефективното преподаване на информационно моделиране е възможно, ако на практика се приложи проектният метод, който интегрира изследователска, самостоятелна и творческа работа по различни начини.

Галигина И.В. счита, че обучението по информационно моделиране е препоръчително да се извършва въз основа на следните подходи:

модел, в съответствие с който моделирането се разглежда като инструмент за познание, обект на изследване и средство за обучение;

обект, предполагащ подбор и анализ на различни видове обекти: обект на изследване, информационния модел като нов обект, обекти на моделиращия език, използван за изграждане на модела.

Информационното моделиране в педагогиката може да се разглежда в три аспекта, като:

когнитивен инструмент, тъй като придобиването на нови знания за реален обект, съответстващ на информационен модел, обекти на езика за моделиране, използван за описване на този модел, се случва в процеса на изграждане и изследване на модела;

средство за обучение, тъй като процесът на обучение в повечето случаи е свързан с работата на информационни модели на изучавания обект, като словесно описание, графично изображение,

формулно представяне на закономерности и др.;

обектът на изследване, тъй като информационният модел може да се разглежда като независим информационен обект, с присъщите му характеристики, свойства, характеристики.

Основната разлика между тези аспекти от гледна точка на ученика е, че в първия случай, в процеса на познавателна дейност, ученикът сам изгражда модел на изучавания обект въз основа на собствения си опит, знания и асоциации. Във втория случай на ученика се предоставя модел на изучавания обект, разработен от учителя, автора на учебника или създателя на научна теория. В последния случай изучаваният обект е наборът от модели.

Включването в съдържателната линия "Моделиране и формализиране" на основния курс по информатика на модул "Информационно моделиране" ще създаде солидна основа за:

съзнателно използване на информационните модели в образователната дейност;

запознаване на студентите с методиката на научноизследователската дейност;

последващо задълбочено изучаване на информационното моделиране в специализирани курсове по компютърни науки.

Титова Ю.Ф. смята, че най-важната образователна функция е развитието на творческия потенциал на учениците. Опитът на творческата дейност се формира чрез решаване на проблемни задачи от различни направления и по-специално чрез изследователска дейност. Моделирането е един от най-важните изследователски инструменти. Авторът е разработил методика за преподаване на моделиране в основен курс по информатика, съчетаваща теоретичен материал, който се основава на формализиран подход за разработване и изучаване на модели, и набор от изследователски задачи, които интегрират знания от различни образователни области. Авторът смята, че използването на тази техника ще осигури развитието на широк спектър от интелектуални умения у учениците, като абстракция и конкретизация, обобщение, класификация, анализ и разбиране на резултатите от техните действия.

1.2.2 Цели и задачи на обучението по моделиране и формализиране

Цели и задачи на обучението по информатика в основното училищеса формулирани както следва:

Придобиване на компютърна грамотност и начална компетентност при използване на информационни и комуникационни технологии, най-простите компютърни модели при решаване на учебни и практически задачи в училище и извън него; получаване на необходимото обучение за използване на методите на информатиката и информационните технологии при изучаването на учебните дисциплини на основното училище и образователните програми на следващия етап на обучение, както и за развитие на професионални дейности, търсени на пазара на труда : овладяване на уменията за работа с различни видове информация с помощта на компютър и други средства на информационните технологии, способност за прилагане на тези умения: да търсят, избират, критично оценяват, организират, представят и предават информация, планират и организират собствени информационни дейности и техните резултати;

Натрупване на опит в изпълнението на индивидуални и колективни проекти, свързани с различни учебни дисциплини, включително издаване на училищни списания, създаване на училищни страници в Интернет, виртуални краеведчески музеи и др. използване на информационни и комуникационни технологии; използване на информация, достъпна в Интернет и в различни медии;

Овладяване на системата от знания, свързани с информационната картина на света, включваща: основни понятия, необходими за формиране на конкретни представи за информационни процеси, системи и технологии; представи за общостта и закономерностите на информационните процеси в различни социални и технологични системи, за механизмите на възприемане и обработка на информацията от хората, технологичните и социални системи, за съвременната информационна цивилизация;

Запознаване с използването на информационните и комуникационни технологии като методи за опознаване на природата и обществото, наблюдение и регистриране на природни и социални явления, представяне на резултатите от тях под формата на информационни обекти;

Развитие на познавателни интереси, интелектуални творчески способности в информационните дейности;

Възпитаване на необходимите норми на поведение и дейност в съответствие с изискванията на информационното общество като естествен етап от развитието на цивилизацията.

Няма съмнение, че компютърното моделиране играе важна роля за постигане на целите и задачите на обучението по информатика.

Държавният образователен стандарт предвижда изучаването на въпроси, свързани с информационното моделиране, както в основния курс на основното училище, така и в старшите класове. Приблизителната програма на курса по информатика препоръчва изучаване на темата "Формализация и моделиране" в 8 клас на ниво примери за моделиране на обекти и процеси. На първо място, трябва да се използват графични и таблични модели. В старшите класове се осигурява общо (теоретично) въведение в темата и изучаването на различни видове компютърно моделиране на ниво математически („изчисление“), графични, симулационни модели, свързани със социални, биологични и технически системи и процеси. . Избираемите курсове за гимназисти са ефективна форма за разширено изучаване на компютърно моделиране.

Основни понятия, които трябва да бъдат усвоени от учениците след изучаване на раздела "Формализация и програмиране":

Обект, модел, моделиране; формализиране; информационен модел; информационни технологии за решаване на проблеми; компютърен експеримент.

В края на раздела учениците трябва зная :

· За съществуването на много модели за един и същ обект;

· Етапи на информационните технологии за решаване на задачи с помощта на компютър.

учениците трябва да може :

· Дайте примери за моделиране и формализиране;

· Дайте примери за формализирано описание на обекти и процеси;

· Дайте примери за системи и техните модели.

· Изграждане и изследване на най-простите информационни модели на компютър.

V примерна програма по компютърни науки и информационни технологии, съставен въз основа на федералния компонент на държавния стандарт за основно общо образование за линията на съдържанието " Формализиране и моделиране "е дават 8 часа. Предполага се, че се изучават следните въпроси:

Формализиране на описанието на реални обекти и процеси, примери за моделиране на обекти и процеси, включително компютърно моделиране. Компютърно управлявани модели.

Видове информационни модели. Чертежи. 2D и 3D графика.

Схеми, планове, карти.

Таблица като инструмент за моделиране.

- Кибернетичен модел на управление: управление, обратна връзка.

Практическа работа:

1. Поставяне и провеждане на експеримент във виртуална компютърна лаборатория.

2. Изграждане на родословно дърво на семейството.

3. Създаване на схема и чертеж в системата за компютърно проектиране.

4. Построяване и изследване на компютърен модел, който анализира резултатите от измервания и наблюдения с помощта на система за програмиране.

5. Построяване и изследване на компютърен модел, който анализира резултатите от измервания и наблюдения с помощта на динамични таблици.

6. Построяване и изследване на геоинформационен модел в електронни таблици или специализирана геоинформационна система.

Въз основа на това е възможно следното разделяне на реда "Формализация и моделиране" на теми:

· Предмет. Класификация на обектите. Обектни модели. 2ч

· Класификация на моделите. Основните етапи на моделиране. 2ч

· Формално и неформално изложение на проблема.

· Основни принципи на формализирането. 2ч

· Концепцията за информационни технологии за решаване на проблеми.

· Изграждане на информационен модел. 2ч

Образователни задачи, решавани в хода на изучаване на информационното моделиране.

Решаването на изброените по-долу задачи дава възможност да се окаже значително влияние върху общото развитие и формиране на мирогледа на учениците, да се интегрират знания за различни дисциплини, за работа с компютърни програми на по-професионално ниво.

Общо развитие и формиране на мирогледа на учениците.

При преподаване на информационно моделиране трябва да се изпълнява развиваща функция, учениците продължават запознаването си с друг метод за опознаване на заобикалящата действителност - метода на компютърно моделиране. В хода на работа с компютърни модели се придобиват нови знания, умения и способности. Част от получената по-рано информация се конкретизира и систематизира, погледнато от различен ъгъл.

Овладяване на моделирането като метод на познание.

Основният акцент трябва да се постави върху разработването на общ методически подход при изграждането на компютърни модели и работата с тях. Необходимо:

1. демонстрира, че моделирането във всяка област на експертиза има прилики; често е възможно да се получат много сходни модели за различни процеси;

2. да се изтъкнат предимствата и недостатъците на компютърния експеримент в сравнение с пълномащабния експеримент;

3. да покаже, че както абстрактният модел, така и компютърът представляват способността за опознаване на света наоколо, а понякога и за управлението му в интерес на човек.

Развитие на практически умения по компютърно моделиране.

Използвайки примера на редица модели от различни области на науката и практиката, е необходимо да се проследят всички етапи на компютърното моделиране от изучаването на симулираната предметна област и формулирането на проблема до интерпретацията на резултатите, получени в ход на компютърен експеримент, за да се покаже важността и необходимостта на всяка връзка. При решаване на конкретни проблеми е необходимо да се подчертаят и подчертаят съответните етапи на работа с модела. Решението на този проблем предполага поетапно формиране на практически умения за моделиране, за което се използват учебни задачи с постепенно нарастващо ниво на сложност и компютърна лабораторна работа.

Насърчаване на професионалното ориентиране и развитие на творческия потенциал на учениците.

Учениците от старшия етап на училище са изправени пред проблема с избора на бъдеща професия. Провеждането на курс по компютърно моделиране е в състояние да идентифицира онези от тях, които имат способността и склонността към изследователска дейност. Изследователските способности на студентите трябва да се развиват по различни начини, по време на курса, да се поддържа интересът към извършване на компютърни експерименти с различни модели и да се предлагат за изпълнение задачи с повишена сложност. По този начин развитието на творческия потенциал на учениците и кариерното ориентиране е една от целите на курса.

Преодоляване на предметната дисоциация, интегриране на знания.

В рамките на учебния курс е препоръчително да се разгледат модели от различни области на науката, което прави курса частично интегриран. За да се разбере същността на изследваното явление, да се интерпретират правилно получените резултати, е необходимо не само да се овладеят техниките на моделиране, но и да се ориентирате в областта на знанието, където се извършва изследването на модела. Осъществяването на интердисциплинарни връзки в такъв курс не само се декларира, както понякога е в други дисциплини, но често е основа за усвояване на учебния материал.

Развитие и професионализиране на компютърните умения.

На студентите се поставя задачата не само да реализират предложения модел на компютър, но и най-ясно, в достъпна форма, да покажат получените резултати. Тук може да помогне изграждането на графики, диаграми, динамични обекти, полезни са и анимационните елементи. Програмата трябва да има адекватен интерфейс, да води диалог с потребителя. Всичко това предполага допълнителни изисквания към знания и умения в областта на алгоритмите и програмирането, въвежда ги в по-пълно изучаване на възможностите на съвременните парадигми и системи за програмиране.

1.2.3 Формиране на основни понятия в обучението по компютърно моделиране

На настоящия етап от човешкото развитие е невъзможно да се намери такава област на знания, в която моделите не биха били използвани в една или друга степен. Науките, в които призивът към изследване на модела е станал систематичен, вече не разчитат само на интуицията на изследователя, а разработват специални теории, които разкриват законите на връзката между оригинала и модела.

Историята на моделирането датира от хиляди години. Човекът оцени рано и често използва метода на аналогии на практика. Симулацията измина дълъг път – от интуитивна аналогия до строго научен метод.

Преди да започнете да преподавате моделиране, е необходимо да насочите вниманието на учениците към уместността на това, което се изучава: човек отдавна използва моделиране за изучаване на обекти, процеси, явления в различни области. Резултатите от тези изследвания служат за определяне и подобряване на характеристиките на реални обекти и процеси; да разбират същността на явленията и да развиват способността им да ги адаптират или управляват; за изграждане на нови обекти или модернизация на стари. Моделирането помага на човек да взема информирани и добре обмислени решения, да предвижда последствията от дейността си. Благодарение на компютрите не само значително се разширява обхватът на моделиране, но и се осигурява цялостен анализ на получените резултати.

По време на раздела Формализация и моделиране учениците се запознават с основите. Учениците трябва да разберат какво представлява моделът и какви видове модели са. Това е необходимо, за да могат по време на изследването студентите да могат да избират и ефективно да използват софтуерната среда и подходящи инструменти, подходящи за всеки модел.

Изучаването на раздела протича по спирала: започва с понятието "обект".

Обектът е определена част от света около нас, която може да се разглежда като цяло.

Свойства на обекта - съвкупност от характеристики на обект, чрез които той може да бъде разграничен от други обекти.

След систематизирането на понятията, свързани с обекта, се извършва плавен преход към понятията модел, моделиране, класификация на модели.

Понятията "модел", "моделиране" са неразривно свързани, така че е препоръчително да ги обсъждаме едновременно.

Думата "модел" идва от латинската дума модел, което означава мярка, образ, метод и т.н. Първоначалното му значение е свързано с изкуството на строителството и в почти всички европейски езици се използва за обозначаване на образ, или прототип, или нещо, подобно в някакво отношение на друго нещо.

В тълковния речник „Информатика“ под модел се разбира „реален физически обект или процес, теоретична конструкция, информационен образ, представящ каквито и да е свойства на обекта, процеса или явлението, което се изследва“.

Във философската литература могат да се намерят близки по смисъл определения, които се обобщават, както следва: „Модел се използва при разработването на теория на обект в случай, когато неговото пряко следване не е възможно поради ограничения ток. ниво на знания и практика. Данните за обекта от пряк интерес за изследователя се получават чрез изучаване на друг обект, който се съчетава с първата общност на характеристиките, които определят качествената и количествената специфика на двата обекта."

В подобно определение V.A. Щоф, такъв характеристики на модела:

· Това е мислено въображаема или материално осъществима система;

· Възпроизвежда или показва обекта на изследване;

· Способен е да замества обекти;

· Проучването му дава нова информация за обекта.

A.I. Акценти на Уемов обобщени характеристики на модела :

1. Моделът не може да съществува изолирано, защото винаги е свързан с оригинала, тоест с онази материална или идеална система, която замества в процеса на познанието.

2. Моделът не само трябва да бъде подобен на оригинала, но и различен от него, като моделът отразява онези свойства и взаимоотношения на оригинала, които са съществени за лицето, което го използва.

3. Моделът има специфично предназначение.

Поради това, модел- това е опростен (в един или друг смисъл) образ на оригинала, неразривно свързан с него, отразяващ съществените свойства, връзки и взаимоотношения на оригинала; система, чието изследване служи като инструмент, средство за получаване на нова и (или) потвърждаване на съществуваща информация за друга система.

Понятието модел се отнася до фундаментални общонаучни понятия, а моделирането е метод за опознаване на реалността, използван от различни науки.

Моделиране – изграждане на модели за изучаване на обекти, процеси, явления.

Обект за симулация- широко понятие, което включва обекти от жива или нежива природа, процеси и явления от действителността. Самият модел може да бъде както физически, така и идеален обект. Първите се наричат ​​пълномащабни модели, а вторите се наричат ​​информационни модели. Например модел на сграда е пълномащабен модел на сграда, а чертеж на същата сграда е нейният информационен модел, представен в графична форма (графичен модел).

Класификация на информационните моделиможе да се основава на различни принципи. Ако ги класифицираме според доминиращата технология в процеса на моделиране, тогава можем да различим математически модели, графични модели, симулационни модели, таблични модели, статистически модели и др. (биологични) системи и процеси, модели на процеси на оптимално икономическо планиране, модели на учебни дейности, модели на познание и пр. Класификационните въпроси са важни за науката, т.к те ви позволяват да формирате систематичен поглед върху проблема, но тяхното значение не бива да се надценява. Различните подходи за класифициране на модели могат да бъдат еднакво полезни. Освен това конкретен модел не винаги може да бъде приписан към един клас, дори ако се ограничим до списъка по-горе.

Материални (пълномащабни) и информационни модели.

Според начина на представяне моделите се делят на материални и информационни (вж. Схема 2).

Материалните модели иначе могат да бъдат наречени обективни или физически. Те възпроизвеждат геометричните свойства на оригинала и имат реално въплъщение.

Примери за модели материали:

1. Детски играчки (кукли - модел на дете, меки играчки за животни - модел на живи животни, коли - модел на истински коли и др.).

2. Глобус – модел на планетата Земя.

3. Училищни помагала (човешки скелет – модел на истински скелет, модел на кислороден атом и др.)

4. Физически и химични експерименти.

Информационните модели не могат да бъдат докоснати или видяни, те нямат материално въплъщение, защото са изградени само върху информация.

Информационен модел - съвкупност от информация, която характеризира свойствата и състоянията на обект, процес, явление, както и връзката с външния свят.

Информационните модели включват вербални и знакови модели.

Вербалният модел е информационен модел в умствена или устна форма.

Примери за словесни модели:

1. Модел на човешко поведение при пресичане на улицата. Човек анализира ситуацията на пътя (сигнали за движение, присъствие и скорост на автомобили и разработва модел на движението си)

2. Идеята на изобретателя - моделът на изобретението.

3. Музикална тема, която мина в главата на композитора – модел на бъдещо музикално произведение.

Знаков модел - информационен модел, изразен със специални знаци, т.е. посредством всеки официален език.

Примери за емблематични модели:

1. Чертеж на кухненски мебели - модел на мебели за кухнята.

2. Схема на московското метро - модел на московското метро.

3. Графиката на промените в курса на еврото е модел на нарастване (обезценяване) на курса на еврото.

Вербалните и знаковите модели обикновено са взаимосвързани. Мислен образ (например път към определен адрес) може да бъде облечен в символна форма, например в диаграма. Обратно, знаковият модел помага за формиране на правилния мисловен образ в ума.

Според начина на изпълнение моделите на информационните знаци се разделят на компютърни и некомпютърни.

Информационните модели се използват при теоретичните изследвания на обекти за моделиране. В днешно време основният инструмент за информационно моделиране са компютърните технологии и информационните технологии.

Компютърният модел е модел, реализиран с помощта на софтуерна среда.

Компютърно моделираневключва прогреса на реализма на информационния модел на компютър и изследването с помощта на този модел на обекта на моделиране - изчислителен експеримент.

Удобно е да се реализира графично, таблично и математическо моделиране с помощта на компютър. За това вече има различни софтуерни инструменти: системи за програмиране (SP), електронни таблици (ET), математически пакети (MP), системи за управление на бази данни (DBMS), графични редактори (GR) и др.

Формализация.

Предметната област на компютърните науки включва инструменти и методи за компютърно моделиране. Компютърен модел може да бъде създаден само на базата на добре формализиран информационен модел. Какво е формализиране?

Формализиране на информациятаза определен обект е неговото отражение в определена форма. Можете също да кажете това: формализирането е свеждане на съдържанието до форма. Формулите, описващи физически процеси, са формализирането на тези процеси. Радиосхемата на електронно устройство е формализиране на функционирането на това устройство. Нотите, написани върху нота, са формализирането на музиката и т.н.

Формализиран информационен модел е определен набор от знаци (символи), които съществуват отделно от моделиращия обект и могат да се предават и обработват. Внедряването на информационен модел на компютър се свежда до неговото формализиране във формати на данни, с които компютърът може да "работи".

Но можем да говорим за другата страна на формализирането, приложено към компютър. Програма на определен език за програмиране е формализирано представяне на процеса на обработка на данни. Това не противоречи на горната дефиниция за формализиран информационен модел като набор от знаци, тъй като машинната програма има знаково представяне. Компютърна програма е модел на човешка дейност при обработка на информация, сведен до поредица от елементарни операции, които компютърният процесор може да извършва. Следователно компютърното програмиране е формализирането на процеса на обработка на информацията. И компютърът действа като формален изпълнител на програмата.

Етапи на информационно моделиране

В процеса на моделиране се разграничават 4 етапа (вж. Схема 3):

1. Постановка на проблема.

2. Разработване на модела.

3. Компютърен експеримент.

4. Анализ на резултатите от симулацията.

Формулиране на проблема

Описание на задачата

Задачата (или проблемът) е формулирана на обикновен език и описанието трябва да е ясно. Основното нещо на този етап е да се определи обектът на моделиране и да се разбере какъв трябва да бъде резултатът.

Формулиране на целта на симулацията

Целите на моделирането могат да бъдат:

Познаване на околния свят;

Създаване на обекти с определени свойства (тази цел съответства на формулирането на проблема "как да направя да...");

Определяне на последствията от въздействието върху обекта и вземане на правилно решение (тази цел съответства на постановката на проблема „какво ще се случи, ако...“);

Определяне на ефективността на управлението на обекта (процеса).

Анализ на обекта

На този етап, въз основа на общата формулировка на проблема, моделираният обект и неговите основни свойства са ясно идентифицирани. Тъй като в повечето случаи оригиналният обект е цял набор от по-малки компоненти, които са в някаква взаимовръзка, анализът на обекта ще предполага декомпозиция (разчленяване) на обекта, за да се идентифицират компонентите и естеството на връзките между тях.

2. Разработване на модел

Информационен модел

На този етап се разкриват свойствата, състоянията и други характеристики на елементарните обекти, формира се представа за елементарните обекти, които съставляват оригиналния обект, т.е. информационен модел.

Емблематичен модел

Информационният модел, като правило, се представя в една или друга символна форма, която може да бъде компютърна или некомпютърна.

Компютърен модел

Съществуват голям брой софтуерни системи, които позволяват изследване (моделиране) на информационни модели. Всяка среда има свои собствени инструменти и ви позволява да работите с определени видове информационни обекти, което причинява проблема с избора на най-удобната и ефективна среда за решаване на проблема.

3. Компютърен експеримент

План за симулация

Планът за моделиране трябва да отразява последователността на работа с модела. Разработването на тестове и тестването на модела трябва да бъдат първите елементи в този план.

Тестване- процесът на проверка на коректността на модела.

Тест- набор от изходни данни, за които резултатът е известен предварително.

Ако стойностите на теста не съвпадат, е необходимо да се търси и елиминира причината.

Технология за моделиране

Симулационна технология- набор от целенасочени действия на потребителя над компютърния модел.

4. Анализ на резултатите от симулацията

Крайната цел на моделирането е вземането на решение, което трябва да бъде разработено на базата на цялостен анализ на получените резултати. Този етап е решаващ - или изследването продължава (връщане към 2 или 3 етапа), или приключва.

Резултатите от тестване и експериментиране са основата за разработване на решение. Ако резултатите не отговарят на целите на задачата, тогава са направени грешки в предишните етапи. Това може да е прекалено опростена конструкция на информационен модел, или неуспешен избор на метод или среда за моделиране, или нарушение на технологичните техники при изграждане на модел. Ако се открият такива грешки, тогава моделът трябва да бъде редактиран, т.е. върнете се към един от предишните етапи. Процесът продължава, докато резултатите от симулацията отговарят на целите на симулацията.

При решаване на конкретен проблем някои от етапите могат да бъдат изключени или подобрени, някои добавени.

1.3 Развитие на творческите способности на учениците при използване на образователни и творчески задачи на компютърно моделиране

Списъкът с цели, постигането на които се осигурява от обучението по информатика на етапа на основното общо образование, показва развитието на творческите способности чрез ИКТ. Ако разгледаме целите на обучението по информатика и информационни технологии на етапа на средно (пълно) образование, ще видим, че тук освен ИКТ средствата се предполага развитие на творчески способности чрез разработване и използване на компютърни научни методи. Според нас именно моделирането и формализирането са в най-голяма степен онези методи на информатиката, чието разработване и използване, в комбинация с прилагането им чрез ИКТ, ще доведе до повишаване на нивото на развитие на творческите способности. .

Моделирането е творчески процес, следователно преподаването на тази тема има широки възможности за развитие на творческите способности на учениците. Нека разгледаме някои аспекти на преподаването на моделиране в училищен курс по компютърни науки.

Според М.П. Лапчик и др. Темата "Основните етапи на компютърното моделиране" трябва да се изучава в специализирани курсове, насочени към моделиране. Същите автори посочват, че при изучаване на линията "Моделиране и формализиране" в основния курс студентите трябва да могат "да извършват в прости случаи системен анализ на обект (формализация), за да изградят неговия информационен модел" и " проведе изчислителен експеримент върху най-простия математически модел." Тези умения са неразделна част от цялостния процес на моделиране. Затова смятаме, че изучаването на тази тема е задължително в основния курс.

Нека направим сравнителен анализ на основните етапи на компютърно моделиране (автор - Н. В. Макарова) и структурата на творческия процес (автор - Я. А. Пономарев):

Стъпки на симулация	Етапи на творческия процес
1. Постановка на проблема: описание на задачата; целта на симулацията; анализ на обекта.	1. Осъзнаване на проблема: появата на проблемна ситуация; осмисляне и разбиране на наличните данни; постановка на проблема (въпрос).
2. Разработване на модела.	2. Разрешаване на проблема: разработване на хипотези; разработване на решение, експеримент.
3. Компютърен експеримент.
4. Анализ на резултатите от симулацията (ако резултатите не отговарят на целите, значи са допуснати грешки на предишните етапи).	3. Проверка на решението (в резултат на изпълнението на този етап изложената хипотеза може да не е оправдана, след което се заменя с друга).

Сравнението на етапите ни позволява да заключим, че процесът на моделиране се вписва лесно, съобразен е с творческия процес. Следователно обучението на учениците на моделиране, и по-специално на неговото поетапно планиране, води до формиране на знания и планиране на творчески дейности.

Тъй като всички етапи на моделиране се определят от задачата и целите на моделирането, за всеки конкретен клас модели схемата може да претърпи някои промени. И така, по отношение на математическите модели, постановката на проблема е разделена на следните етапи:

1. подчертаване на предположенията, на които ще се базира математическият модел;

3. запис на математически връзки, свързващи резултатите с изходните данни (тази връзка е математически модел).

Ето пример за двама ученици, които изпълняват задача за разработване на математически модел на масата на портфолиото на ученик:

Решение 1:

Решение 2:

1. Подчертаване на предположения: масата на дневника е равна на масата на тетрадката; броят на тетрадките и броят на учебниците е равен на броя на учебните предмети в даден ден; куфарчето съдържа само тетрадки, дневник, учебници и моливник. m4 (kg) е теглото на кутията; n (бр) - броят на субектите; 3. Математически модел М = m1 + m2 n + m3 (n + 1) + m4, където m1> 0, m2> 0, m3> 0, m4> 0, n> 1.

1. Подчертаване на предположения: всички учебници имат еднаква маса; всички тетрадки имат еднаква маса; куфарчето може да съдържа тетрадки, дневник, учебници, моливник и „нещо друго“ (играчка, сандвич и др.). 2. Определяне на изходните данни и резултата: m1 (kg) - тегло на празен портфейл; m2 (kg) - масата на един учебник; m3 (kg) - масата на една тетрадка; m4 (kg) е масата на дневника; m5 (kg) - масата на кутията; m6 (kg) е масата на "нещо друго"; n1 (бр) - броят на учебниците; n2 (бр.) - броят на тетрадките; M (kg) е масата на портфолиото на ученика. 3. Математически модел: М = m1 + m2 n1 + m3 n2 + m4 + m5 ++ m6, където m1> 0, m2> 0, m3> 0, m4> 0, m5> 0, m6> 0, n1> 0, n2> 0.

Този пример ясно потвърждава, че задачи от този тип ви позволяват ясно да проследите поетапното създаване на модел и са ярък пример за творческата активност на учениците. Като прави различни предположения, всеки ученик получава свой собствен модел.

След преглед и анализ на апарата за задачи на учебниците по информатика, препоръчан за ученици от гимназията, за наличието на задачи за моделиране, свързани с образователни и творчески, можем да заключим, че почти всички учебници имат задачи за формализиране и прилагане на математически методи, както и задачи от друг тип, чието решаване се свежда до използването на математически апарат. Въпреки това, авторите на учебници практически не предлагат задачи за развитие на такива компоненти на творческите способности на индивида като способността да се виждат проблеми и противоречия, критичното мислене и способността да се правят ценностни преценки, способността да се намира необходимата информация и да се прехвърля. , прилагайте го в контекста на проблема, умението за формулиране и преформулиране на задачи, комуникация и творчество и др.

По честотата на своето използване терминът "задача" е един от най-разпространените в науката и образователната практика. Някои автори смятат понятието „задача“ за недефинирано и в най-широк смисъл означава нещо, което изисква изпълнение, решение. В аспекта на използването на учебни пособия, той действа като средство за целенасочено формиране на знания, умения и способности. За съжаление в учебниците задачите все още се използват основно за формиране на умение за прилагане на знания (в смисъл на запаметяване на факти и тяхното възпроизвеждане). В нашето изследване ще разгледаме образователни и творчески задачи, които включват различна схема на решение, използвайки нетрадиционни методи и средства. Това вече е нов етап в използването на задачите, когато те служат за развитие на личността и възпитание на учениците.

Повечето от задачите на информационното моделиране се отнасят до образователни и творчески задачи (UTT), дефинирането, обосновката на съдържанието и ролята, както и класификацията на които бяха предложени от V.I. Андреев. Нека се спрем по-подробно на концепцията за образователни и творчески задачи и тяхната класификация.

"Образователно-творческа задача- това е форма на организиране на съдържанието на учебния материал, с помощта на която учителят успява да създаде творческа ситуация за учениците, пряко или косвено да постави целта на условията и изискванията на учебната и творческа дейност, в процеса на които учениците активно овладяват знания, умения, умения, развиват творческите способности на личността."

Според нас при обучението по моделиране е възможно да се използват образователни и творчески задачи за развитие на различни компоненти на творческите способности.

Класификацията на образователните и творчески задачи, предложена от V.I. Андреев е доста обширен.

Класификация на образователните и творчески задачи във връзка с тяхното използване за развитието на творческите способности на личността:

	Примери за задачи за моделиране	Развиващи се компоненти на творчеството
1. Проблеми с неправилно представена информация	Вече споменатият проблем за портфолиото на ученика, в който практически няма първоначална информация, а само целта на дейността. Разработете релационен модел за туристическа агенция.	Възможност за намиране на необходимата информация и прилагане в контекста на задачата
2. Задачи за прогнозиране	Математическо моделиране: какво ще бъде населението на Русия до 2050 г.? Словесно или графично моделиране: разработете модел за училище от 21 век.	Способност за генериране на идеи, хипотези
3. Задачи за оптимизация	Какви са размерите на дължината и ширината на правоъгълния участък на площ S, най-малко количество ограда ще се изразходва?	Гъвкавост, рационализъм на мисленето
4. Задачи за партньорска проверка	Задачи за оценка на адекватността на модела: математически модел на зависимостта на растежа на популацията на амеба от плодовитостта се изразява със следната формула: H (I + 1) = H (I) * 2. Този модел отразява ли реален процес? Какви допълнителни фактори трябва да се вземат предвид?	Критично мислене, способност за правене на ценностни преценки
5. Задачи за откриване на противоречия и формулиране на проблема	Градското кино с капацитет 100 места е домакин на 5 прожекции на ден. През седмицата ще бъде показан филмът "Турски гамбит". Разгледайте ситуацията от различни гледни точки, като формирате задачи за решаване на проблеми като „какво ще се случи, ако...“ и „как да направя, за да...“. Формулирайте заключения и дайте препоръки.	Способност да се виждат проблеми и противоречия
6. Задачи за разработване на алгоритмични и евристични предписания	Разработете алгоритъм за създаване на модел на шахматна дъска в графичен редактор. Разработете алгоритъм за преобразуване на неструктурирана информация за обект в таблица с формата "обект-свойство" или "обект-обект". Създайте описателен модел на поведение при среща с лице от противоположния пол.	Способността за обобщаване и ограничаване на умствените операции, способност за размисъл върху мисленето
7. Задачи за правилното формулиране на задачата	Математическият модел е даден под формата на диаграма. Създайте таблица, за която може да се създаде такава диаграма (таблицата трябва да има смисъл). Помислете за задача, в резултат на чието решение може да се получи логически модел от вида (А В) → С.	Способност за формулиране и преформулиране на цели
8. Логически задачи	Задачи за създаване на логически модели. Задачи за разработване на структурни (йерархични, мрежови, релационни) модели.	Интелектуални и логически способности
9. Проектни задачи	Компютърно проектиране, моделиране на обект по технически чертеж или чертеж с липсващи линии върху него, финализиране на формата на детайлите на обекта и др.	Способност за проектиране

Разбира се, ограниченият брой часове, посветени на изучаване на направление "Моделиране и формализация" в основния курс по информатика, е пречка за пълноценното използване на системата от образователни и творчески задачи в обучението. Тези задачи обаче могат да бъдат класифицирани в различни теми по информатика. От условията на задачите се вижда, че за тяхното решаване и за реализиране на информационни модели е достатъчно да притежавате умения за работа в универсални софтуерни среди: графичен и текстов редактор, компютърни презентации, електронни таблици и СУБД. Възможностите на тези софтуерни инструменти са такива, че с умел подбор на задачи, създавайки атмосфера на творчество в класната стая, използването на тези програми помага за развитието на въображението, фантазията, интуицията, инициативността на учениците, т.е. тези лични качества, които се класифицират като творчески. Ето защо някои от задачите могат да бъдат приложени при преподаване на информационни технологии в курс по основни информатика. Възможно е също да ги използвате в специализирани курсове, фокусирани върху моделирането или информационните технологии.

Препоръчаните от нас образователни и творчески задачи се прилагат на етапа на поставяне и формализиране на задачата и при разработването на символен информационен модел информационните технологии са само средство за внедряване и изследване на създадения модел. Така например задачи с неправилно представена информация (задачи с липсваща първоначална информация, задачи с излишна информация, задачи с противоречива първоначална информация, задачи, в които практически няма първоначална информация, а само целта на дейността) могат да се използват, когато преподавателска работа във всяка софтуерна среда. Необходимостта от разработване на алгоритмично предписание може да се съдържа в състоянието на проблема или може да възникне в процеса на неговото решение или софтуерна реализация. Задачите за управление и комуникативно-творческите задачи могат да се прилагат в проектни дейности и групова работа. По този начин считаме за възможно съвместното преподаване на информационни технологии и информационно моделиране с цел по-задълбочено, съзнателно и смислено изучаване на двете линии и най-важното - повишаване нивото на развитие на творческите способности на учениците.

По този начин преподаването на разработването на модели като интегрален поетапен процес и широкото използване на образователни и творчески задачи ни позволява да посочим педагогическите възможности на обучението по информационно моделиране като творчески процес.

Глава II. Експериментална работа по изследване на ролята на образователните и творчески задачи в обучението по компютърно моделиране в развитието на творческите способности на учениците

Специална роля в педагогическите изследвания играят експеримент -специално организирано тестване на един или друг метод, приемане на работа за установяване на неговата педагогическа ефективност.

Експериментът (от лат. Experimentum - изпитание, опит) е метод на познание, с помощта на който се изследва педагогическо явление в естествени или изкуствено създадени, контролирани и контролирани условия и се търси начин за решаване на научен проблем. . Така експериментът е метод на педагогическо изследване, при който се осъществява активно въздействие върху педагогическите явления чрез създаване на нови условия, съответстващи на целта на изследването. Експериментът трябва да е отговорът на някакъв въпрос. Тя трябва да има за цел да провери хипотезата. Няма експеримент без хипотези, както няма експеримент без убедителни теоретични и статистически доказателства, отговарящи на съвременните изисквания.

Има различни класификации на видовете експерименти.

В нашия случай ще използваме сравнителен експеримент - когато в едната група работата (обучението) се извършва по нова методика, а в другата - по общоприетата или различна от експерименталната група, и в същото време време задачата е да се идентифицира най-голямата ефективност на различните методи. Такъв експеримент винаги се провежда на базата на сравнение на две подобни паралелни групи, класове - експериментален и контролен.

2.1 Описание на експерименталната работа

Педагогическият експеримент е проведен в държавната образователна институция на град Москва, образователен център № 1456. Участниците в експеримента са ученици в един от 9-те класа. Изследването е проведено през 3-то тримесечие на 2008-2009 учебна година.

Част от учениците (10 души), присъствали на избираемия предмет, съставляват експерименталната група; от останалите ученици 10 бяха избрани на случаен принцип, за да формират контролна група.

Сравнените групи ученици са равни по изходни данни и по условия на педагогическия процес при провеждане на формиращ експеримент.

Трябва да разберем как използването на образователни и творчески задачи в обучението по компютърно моделиране влияе върху развитието на творческите способности на учениците.

За целта се провежда сравнителен педагогически експеримент, при който едната група (експериментална) посещава факултативни занимания, които се провеждат по разработената от нас методика, а другата (контролна) не учи по тази методика.

Като работна хипотеза беше предложено, че обучението по компютърно моделиране според разработената от нас методика, където се използват образователни и творчески задачи, ще допринесе за повишаване на нивото на развитие на творческите способности на учениците (а именно такива компоненти на творческите способности като оригиналност и уникалност).

Експерименталната работа се състоеше от три етапа.

Етап 1 - констатиране. Целта му беше да установи нивото на развитие на творческите способности на учениците.

Етап 2 - формиращ. Цел: да се повиши нивото на развитие на творческите способности на учениците чрез използване на образователни и творчески задачи при преподаване на графично моделиране в факултативни часове.

Етап 3 - контрол. Целта на този етап е да се идентифицира нивото на развитие на творческите способности на учениците (повторно тестване).

Така, Етап 1 - констатиращ - установяване нивото на развитие на творческите способности на учениците.

Първоначално беше анализирано нивото на развитие на творческите способности на учениците. На този етап проведохме входно тестване: тест „Диагностика на невербалната креативност” (виж приложението). Диагностичните възможности на адаптираната версия на методологията на този тест позволяват да се оценят два компонента на творческите способности като оригиналност и уникалност.

Вижте таблица 3 за резултатите от теста.

Етап 2 - формиращ. Целта на етапа: да се повиши нивото на развитие на творческите способности на учениците чрез преподаване на компютърно моделиране в факултативни часове.

На този етап при провеждане на факултативни занимания използвахме разработения от нас блок от факултативния курс, съответстващ на следното тематично планиране (виж Таблица 1). Като софтуерна среда за развитие на творчески способности чрез обучение по компютърно моделиране избрахме графичния редактор Paint.

Маса 1.

Тематичен план на блок "Графично моделиране"

Номер на урока	Тема на урока	Брой часове	Вид образователна дейност
1	Модел и концепции за моделиране. Класификации на моделите. Графични модели	1	Лекция с елементи на разговор
2	Стъпки на симулация	1	Лекция с елементи на разговор
3-5	Лабораторна работа No1 "Моделиране на геометрични фигури"	3 (1+2)	Лабораторен цех
6-9	Дизайнът е вид моделиране. Лабораторна работа No2 „Компютърен дизайн”	4 (2+2)	Лекция с елементи на разговор. Лабораторен цех
10-13	Лабораторна работа No3 „Моделиране на обемни конструкции“	4 (2+2)	Лабораторен цех
14	Обобщавайки. Изложба на творби на ученици	1
Обща сума:	14

При разработването на курс по преподаване на компютърно моделиране се опитахме да подберем задачи за лабораторна работа по такъв начин, че да допринесат за развитието на творческите способности на студентите.

Основната част на блока е съставена лабораторни работи ... Лабораторната работа е основната форма на работа в компютърния клас. Лабораторната работа предоставя на студентите възможност да се занимават самостоятелно с изследователска дейност, което им позволява да консолидират получените знания и помагат да се положат основите за по-нататъшна самостоятелна работа.

Лабораторната работа се състои от две части: първата част включва образци от учебни и творчески задачи, в които се проследяват всички етапи на моделиране; втората част съдържа задачи за самостоятелно изпълнение. Такава структура на лабораторната работа е оправдана: първата част ви позволява да формирате умения на репродуктивно ниво, втората предоставя възможност за консолидиране на придобитите умения, допринася за проявата и развитието на творческите способности.

Лабораторните работи се дават на студентите в печатен вид. Съдържанието на фрагментите от лабораторната работа, осветени в сиво, е резултат от съвместната работа на преподавателя и студентите, а именно процеса на обсъждане на поставената задача (виж и 2).

Всички ученици, които присъстваха на избираемия предмет, имаха умения за работа в средата на графичния редактор Paint, тъй като посещаваха избираемия предмет по информатика в 8 клас. При други обстоятелства разработените от нас часове могат да се провеждат след изучаване на темата "Технология за обработка на графична информация" в курса по информатика, например в 10 или 11 клас.

Последният, последен етап от експерименталната работа е контролен етап. Целта на този етап е да се идентифицира нивото на развитие на творческите способности на учениците.

Този етап включва повторно тестване на участниците в експерименталната и контролната групи с помощта на теста "Диагностика на невербалната креативност" (виж Приложението), за проверка на ефективността на обучението, както и сравнение с резултатите от етапа на установяване.

Вижте Таблица 4 за резултатите от теста.

2.2 Методически разработки за обучение по графично моделиране в курса на информатиката

Както при всяко друго моделиране, започвайки графичното моделиране, трябва да изберете неговия обект, да определите целите на моделирането, да оформите информационен модел в съответствие със задачата и да изберете инструмент за моделиране.

В средата на графичен редактор, който е удобен инструмент за изграждане на графични модели, се създават графични обекти – картинки. Всеки чертеж, от една страна, е модел на някакъв оригинал (реален или мисловен обект), а от друга страна е обект на графичен редактор.

В среда на графичен редактор е много важно да можете да създадете обобщен информационен модел на графичен обект (вж. Таблица 2).

таблица 2

Информационен модел на графичен обект

За изграждане на компютърни графични модели трябва да се решат следните задачи:

· Моделиране на геометрични операции, осигуряващо точно изграждане в графичен редактор;

Моделиране на графични обекти с определени свойства, по-специално форма и размер

Списъкът с изисквания за знанията и уменията на студентите, необходими за изучаване на графично моделиране:

1. Учениците трябва да знаят:

· Начини за представяне на изображения в паметта на компютъра; концепции за пиксел, растер, цветово кодиране, видео памет;

Кои са областите на приложение на компютърната графика;

· Назначаване на графични редактори;

· Предназначението на основните компоненти на средата на графичния редактор Paint: работна зона, меню с инструменти, графични примитиви, палитра, гумичка и др.

2. Учениците трябва да могат:

· Изграждане на изображения с помощта на графичния редактор Paint;

· Запазване на чертежи на диск и зареждане от диск.

Примери за лабораторна работа:

Лабораторна работа No1 "Моделиране на геометрични фигури"

Задача 1. "Правилен триъгълник"

Етап 1. Формулиране на проблема

ОПИСАНИЕ НА ПРОБЛЕМА

Построете равностранен триъгълник с дадена страна.

ЦЕЛ НА СИМУЛАЦИЯТА

ФОРМАЛИЗАЦИЯ НА ПРОБЛЕМА

Етап 2. Разработване на модел

Конструирайте триъгълник с помощта на алгоритъма (виж фиг. 1) и докажете, че полученият триъгълник наистина е правилен. Този алгоритъм е предложен от Евклид през IV век. пр.н.е.

Фиг. 1. Алгоритъм за построяване на равностранен триъгълник с дадена страна

ЕКСПЕРИМЕНТАЛЕН план

1. Тестване на модела, изграден по даден алгоритъм, като се подравнява с оригиналния сегмент.

2. Изграждане и тестване на модела с помощта на собствен алгоритъм със същите изходни данни.

3. Проучване и анализ на два алгоритма за изграждане с цел определяне на най-добрия.

ПРОВЕЖДАНЕ НА ИЗСЛЕДВАНЕ

1. Докажете коректността на горните и собствени алгоритми за модела.

2. Комбинирайте конструкциите, направени по различни алгоритми.

Етап 4. Анализ на резултатите

Ако фигурите не съвпадат при подравняване, променете алгоритъма за изграждане или увеличете точността на алгоритъма, като работите в увеличен мащаб (под лупа). Ако съвпадне, изберете най-удобния алгоритъм.

Задача 2. "Правилен шестоъгълник"

Етап 1. Формулиране на проблема

ОПИСАНИЕ НА ПРОБЛЕМА

Конструирайте правилен шестоъгълник с дадена страна.

ЦЕЛ НА СИМУЛАЦИЯТА (пространство за отговори на учениците)

_____________________________________________________________

ФОРМАЛИЗАЦИЯ НА ЗАДАЧАТА (таблицата се попълва от ученици)

Уточняващ въпрос

Отговор

Етап 2. Разработване на модел

Конструирайте шестоъгълник с помощта на алгоритъма (виж фиг. 2) и докажете, че полученият шестоъгълник наистина е правилен.

Фиг. 2. Алгоритъм за конструиране на равностранен шестоъгълник с дадена страна

Етап 3. Компютърен експеримент

ЕКСПЕРИМЕНТАЛЕН план (пространство за отговори на учениците)

_____________________________________________________________

_____________________________________________________________

_____________________________________________________________

ПРАВИТЕ ИЗСЛЕДВАНЕ (пространство за отговор на студентите)

_____________________________________________________________

_____________________________________________________________

_____________________________________________________________

Етап 4. Анализ на резултатите (пространство за отговори на учениците)

_____________________________________________________________

_____________________________________________________________

_____________________________________________________________

1. Построете равнобедрен триъгълник за дадена основа a и височина h.

2. Построете правоъгълен триъгълник по хипотенузата и катета.

3. Конструирайте равнобедрен триъгълник по страничния и върховия ъгъл.

4. Конструирайте триъгълник от три страни.

5. Конструирайте правилен осмоъгълник с дадена страна.

6. Построете триъгълник по две страни и ъгъл между тях.

7. Постройте успоредник по дадените страни и ъгъла между тях.

8. Построете триъгълник по противоположната на него страна по ъгъла и височината, изтеглени от върха на този ъгъл.

9. Конструирайте триъгълник по двете страни и височина, спусната до една от тях.

10. Конструирайте равнобедрен триъгълник по основата и радиуса на описаната окръжност.

Лабораторна работа No2 „Компютърен дизайн”

Задача. "Моделиране на паркет"

Етап 1. Формулиране на проблема

ОПИСАНИЕ НА ПРОБЛЕМА

В Санкт Петербург и околностите му има великолепни дворци-музеи, които съдържат произведения на изкуството на великите руски и европейски майстори. Освен прекрасни произведения на живопис, скулптура, мебели, тук са запазени уникални образци от паркет. Скиците на тези паркетни подове са създадени от велики архитекти. И техните идеи са реализирани от майсторите на паркет.

Паркетът се състои от части от различни форми и видове дървесина. Детайлите на паркета могат да варират по цвят и дървесен модел. От тези части работниците за паркет сглобяват блокове, съвместими един с друг на специална маса. От тези блокове на пода в стаята се сглобява истински паркет.

Една от разновидностите на паркета е съставена от правилни геометрични форми (триъгълници, квадрати, шестоъгълници или по-сложни форми). В различни комбинации паркетните детайли могат да дадат уникални шарки. Представете си себе си като дизайнер на паркет, който изпълнява поръчка.

Задачата е от типа "Как да направя...".

ЦЕЛ НА СИМУЛАЦИЯТА

Разработете паркетна скица.

МЕЖДИННИ ЦЕЛИ

Разработете набор от стандартни паркетни части - паркетно меню (виж фиг. 1).

Фиг. 1. Паркетно меню

Проектирайте стандартен паркетен блок от части.

ФОРМАЛИЗАЦИЯ НА ПРОБЛЕМА

Уточняващ въпрос	Отговор
Какво се моделира?	Геометричен обект - многоъгълник
	Многоъгълникът е правилен. Броят на страните на многоъгълника - 3, 4, 6
Какво се пита?	Линеен сегмент, равен на страната на многоъгълника
Какво трябва да получите?	Паркет детайли, паркетен блок, геометричен паркет
	Линийка, компаси
	Няма компас. Компасът заменя вписания квадрат

Етап 2. Разработване на модел

ИНФОРМАЦИОНЕН МОДЕЛ

КОМПЮТЪР МОДЕЛ

За да моделирате набор от съвместими части, паркетни блокове и паркет като цяло, можете да използвате средата на редактора на Paint.

МОДЕЛ 1.Моделиране на геометрични обекти с определени свойства за създаване на стандартен набор от паркетни части със съвместими размери.

Създайте сами пълен набор от детайли, необходими за моделиране (вижте фиг. 2) (използвайки известни на вас алгоритми), като използвате възможностите за завъртане и отражение на фрагменти.

Фиг. 2. Обекти на паркетно меню

Извършете изграждане на квадрат, наклонен с 30 0 (60 0) според алгоритъма (виж фиг. 3).

Фиг. 3. Алгоритъм за изграждане на квадрат, наклонен с 30 0 (60 0)

Оцветете готовите фигури, имитирайки текстурата на различни видове дърво.

Запазете създаденото меню във файла "Меню на паркет" и го защитете от запис.

МОДЕЛ 2.Моделиране на паркетни блокове.

Броят на частите в един паркетен блок зависи от броя на страните на многоъгълника.

Блоковете могат да бъдат сглобени от части от един, два или три вида (виж фиг. 4).

Фиг. 4. Модели на паркетни блокове

МОДЕЛ 3.Оформление на паркет от създадените блокове.

Паркетът се сглобява от готови блокове на пода. Получените кухини в ъглите и по стените се запечатват с части от стандартния комплект.

Компютърна скица на паркет се формира по същия принцип в работната зона на графичен редактор (виж фиг. 5).

Фиг. 5. Паркетни мостри

Етап 3. Компютърен експеримент

ЕКСПЕРИМЕНТАЛЕН план

1. Тестване на стандартен комплект части - проверка на съвместимост.

2. Изработване на паркетен блок.

3. Тестване на блокове - проверка на тяхната съвместимост.

4. Моделиране на скици на паркет.

ПРОВЕЖДАНЕ НА ИЗСЛЕДВАНЕ

1. Разработете няколко варианта за паркетния блок и паркетните скици.

2. Предложете им избор на клиента.

Етап 4. Анализ на резултатите

Ако видът на паркета не отговаря на намерението на клиента, върнете се към една от предишните стъпки: създайте друг блок от същия набор от части или разработете различен набор от части.

Ако видът паркет подхожда на клиента, тогава се взема решение за разработване на чертежи в реален мащаб и избор на материали.

Задачи за самообучение:

1. Представете си, че сте ръководител на фабрика за платове. Дизайнерски платове с геометрични шарки.

2. Представете си, че сте майстор на витражи. Проектирайте комплект очила за композиране на витражи и създайте витражи.

3. Представете си, че директорът на фабрика за играчки е дошъл при вас. Той ви моли да проектирате набор от мозаечни парчета и да демонстрирате какви модели могат да бъдат сгънати от тези парчета.

4. Създайте меню за сервиз за чай или кафе (изглед отгоре) и „поставете“ празнична трапеза за шест души според правилата на етикета.

5. Представете си, че сте художник на фабрика за керамични плочки. Проектирайте комплект от керамични плочки и го използвайте за създаване на предмети от подводния свят, за да симулирате композицията "Подводна" за банята.

6. Представете си, че сте художник в работилница, специализирана в производството на килими. Проектирайте модел на килим.

7. Представете си, че сте главен специалист на фабрика за килими. Дизайнерски модели на килими за детската стая.

8. Една от последните тенденции в интериорния дизайн е завършването на тавана с плочки, специално предназначени за тази цел. Проектирайте комплект плочки за таван, за да украсите фоайето на театъра.

9. Как се преобразява градът, когато тротоарите, площадите, площадите са павирани с павета (тротоарни плочи). Опитайте ръката си да бъдете бояджия във фабрика за павета. Проектирайте множество опции за тротоарни плочки.

10. Линолеумът е много практично покритие, което не изисква специални грижи. Но, говорейки за практичност, не трябва да забравяме за красотата. Проектирайте няколко мостри от линолеум, който имитира мраморно покритие.

Лабораторна работа No3 „Моделиране на обемни конструкции“

Задача. "Създаване на набор от строителни тухли"

Етап 1. Формулиране на проблема

ОПИСАНИЕ НА ПРОБЛЕМА

Създайте набор от тухли с посочените параметри a, b, c (виж фиг. 1).

Фиг. 1. Тухлено меню

Задачата е от типа "Как да направя...".

ЦЕЛ НА СИМУЛАЦИЯТА

Изграждане на обект с определени свойства.

ФОРМАЛИЗАЦИЯ НА ПРОБЛЕМА

Уточняващ въпрос	Отговор
Какво се моделира?	Тухла
Какви свойства притежава?	Тухлата има формата на правоъгълен паралелепипед
Какво се пита?	Секции, равни на дължината, ширината и височината на тухлата
Какво трябва да получите?	Комплект тухли
Колко позиции може да заеме тухла?	6
В каква среда можете да строите?	На хартия или в графичен редактор
Какви инструменти са необходими за начертаване на хартия?	Владетел
Какви инструменти са необходими за изграждане в среда на графичен редактор?	Инструмент за линия
Какви функции на графичния редактор мога да използвам?	Възможността за завъртане на фрагменти от картината под определени ъгли и техните отражения
Колко тухлени позиции са достатъчни за изграждане?	3

Етап 2. Разработване на модел

Изградете тухла в три позиции според алгоритъма. С помощта на инструмента Fill боядисайте краищата с боя от същия тон, но различни нюанси (виж фиг. 2).

Фиг. 2. Алгоритъм за изграждане на тухли

Използвайки способността за завъртане на фрагментите от чертежа под определени ъгли и техните отражения, вземете всичките шест позиции на тухла.

Обща задача:

Изградете модела от снимката:

Задачи за самообучение:

· Изградете обемен модел от тухли.

За да нарисувате точни хоризонтални, вертикални и 45 0 линии, както и кръгове и квадрати, използвайте клавиша .

· За изграждане на успоредни линии се използва копиране и поставяне на съществуваща линия.

· За изграждане на фигури с дадени размери е препоръчително да поставите оригиналните сегменти с определена дължина в горната част на листа като препратки и да използвате техните копия.

· При конструиране на правилни многоъгълници се съобразявайте със свойството им да се вписват в кръг, който може да се използва като допълнителна конструкция.

· При решаване на графични задачи често се налага използването на допълнителни конструкции. За допълнителни конструкции се избира спомагателен цвят, който се отстранява в края на работата чрез запълване с бяло (цвят на фона).

2.3 Резултати от изследванията и техният анализ

В резултат на първия, констативен етап, проведохме входно тестване: тест „Диагностика на невербалното творчество”. Ние оценихме и анализирахме такива два компонента на креативността като оригиналност и уникалност (виж Таблица 3).

Таблица 3.

Индекс на оригиналност		Индекс на уникалност
Ученици	X1	X2	X1	X2
1	0,88	0,74	1	2
2	0,58	0,59	1	0
3	0,45	0,69	0	1
4	0,63	0,67	1	1
5	0,91	0,87	2	2
6	0,88	0,69	1	1
7	0,88	0,81	1	2
8	0,67	0,71	2	1
9	0,63	0,71	1	0
10	0,63	0,49	1	0
смисъл	0,71	0,70	1,18	1,09
Забележка.

След като анализираме получените резултати и ги сравняваме с максимално възможния (за индекса на оригиналност - 1, за индекса на уникалност - 3), можем да заключим, че компонентите на творческите способности на учениците не са достатъчно развити, а резултатите от контрола и експерименталните групи се различават незначително.

На втория етап се проведоха факултативни занимания за експерименталната група, където бяха използвани учебни и творчески задачи за развитие на творческите способности на учениците в лабораторната работа.

В резултат на това на последния, контролен, етап на експериментална работа за проверка на ефективността на обучението, ние отново разкри нивото на развитие на творческите способности на учениците с помощтатест "Диагностика на невербалното творчество". Получиха следните резултати: (виж таблица 4).

Таблица 4.

Данни от изследвания за нивото на развитие на творческите способности на учениците (средна стойност)

Индекс на оригиналност		Индекс на уникалност
Ученици	X1	X2	X1	X2
1	0,88	0,80	1	2
2	0,88	0,67	2	1
3	0,60	0,71	1	0
4	1,00	0,87	3	2
5	0,73	0,73	1	1
6	1,00	0,87	3	2
7	0,89	0,89	1	2
8	0,91	0,59	2	0
9	0,77	0,77	2	1
10	0,77	0,73	2	1
смисъл	0,84	0,76	1,80	1, 20
Процент съотношение,%	18	9	52	10
Забележка.Х1 - експериментална група; Х2 - контролна група

Резултатите от проведения педагогически експеримент са представени под формата на диаграми (виж фиг. 1, фиг. 2).

Фиг. 1. Динамика на компонентите на творчеството (експериментална група)

Фиг. 2. Динамика на компонентите на креативността (контролна група)

Така че, в сравнение с контролната група, в експерименталната група нивото на оригиналност и уникалност на контролния етап на нашия експеримент се увеличи значително. Това ни позволява да заключим, че разработените дидактически и методически материали, избраните учебни и творчески задачи напълно осигуряват организацията и провеждането на занятия за изучаване на графично моделиране, допринасят за ефективното развитие на творческите способности на учениците.

Потвърди се хипотезата, която формулирахме: използването на образователни и творчески задачи в обучението по компютърно моделиране допринася за повишаване на нивото на развитие на творческите способности на учениците.

Заключение

Творческите способности са индивидуални характеристики, качества на човек, които определят успеха на неговото изпълнение на творчески дейности от различни видове.

Ретроспективният анализ на проблема за развитието на творческите способности в процеса на обучение направи възможно по-задълбочено разбиране на тенденциите на неговото развитие на съвременния етап. Множество изследвания, посветени на изучаването на творчеството, показват, че тези въпроси винаги са вълнували най-добрите умове на човечеството (И. Кант, Н. А. Бердяев, П. Л. Лавров, BC Соловьов, Е. В. Илиенков, Л. С. Виготски, С. Л. Рубинщайн, Я. А. Пономарев, АН). Лук, Н. С. Лейтес, Б. М. Теплов и други), но нямаме общо разбиране за това какво се открива „креативност“.

Анализът на философската, научната, педагогическата и психологическата литература показва, че значителна част от изследванията са посветени на проблема за развитието на личността, нейния творчески потенциал, развитието и използването на нетрадиционни педагогически технологии, които допринасят за това развитие.

В познатата ни литература обаче въпросите, свързани с развитието на творческите способности на учениците при преподаване на компютърно моделиране с образователни и творчески задачи, не са достатъчно проучени. В образователната практика учителите доста често използват елементи от различни технологии на развиващото образование. Но хаосът и несистематичният характер на тяхното прилагане, неадаптирането към условията на образование в рамките на информационните технологии не дават желаната ефективност.

Креативността е особено важна в учебния процес, т.к Креативността прави ученето забавно, което го прави забавно и въображаемо. Преподаването на компютърни науки не е изключение. С подходящия избор на учебни пособия учителят може да подпомогне развитието на креативността на учениците.

Важно е да се отбележи, че творчеството не се развива в спонтанни условия, а изисква специално организиран процес на преподаване и възпитание: преразглеждане на съдържанието на учебните програми, разработване на процедурен механизъм за прилагане на това съдържание, създаване на педагогически условия за себеизява в творческата дейност. .

Това се опитахме да направим в нашата работа. Разгледахме учебно-творческите задачи като средство за формиране на творческите способности на учениците. При решаването на подобни проблеми възниква творчески акт, намира се нов път или се създава нещо ново. Тук се изискват специални качества на ума, като наблюдателност, способност за сравняване и анализиране, за намиране на връзки и зависимости, всичко, което заедно съставлява творчески способности.

В практическата част за обучение по графично моделиране разработихме блок от курс по избор и изложихме насоки за използването му.

Разработеният блок от класове беше внедрен от нас в хода на факултативни часове за ученици от един от 9-те класа (GOU TSO № 1456).

За да се установи как използването на образователни и творчески задачи в обучението по графично моделиране влияе върху развитието на творческите способности на учениците, беше проведен сравнителен педагогически експеримент.

Резултатите от нашето изследване дават основание да се твърди, че разработените дидактически и методически материали в достатъчна степен осигуряват организацията и провеждането на занятия по изучаване на графично моделиране, допринасят за ефективното развитие на творческите способности на учениците.

Липсата на познания по тази тема отваря големи възможности за нейното изследване, създаване на методи на преподаване и разработване на творчески задачи за компютърно моделиране. Надяваме се, че разработените от нас дидактически и методически материали ще намерят своето приложение в съвременното училище.

Библиография

1. Андреев, В.И. Диалектика на възпитанието и самовъзпитанието на творческата личност [Текст] / В.И. Андреев. - Казан: Издателство на Казанския университет, 1988 .-- 238 с.

2. Бешенков, С.А. Информатика. Систематичен курс. Учебник. за 10 клас [Текст] / Бешенков С.А., Ракитина Е.А. - М .: Лаборатория за основни знания, 2001 .-- 432 с.

3. Божович, Л.И. Проблеми на формирането на личността: Под редакцията на D.I. Фелдщайн [Текст] / Уводна статия от D.I. Фелдщайн, 2-ро изд. М .: Институт по практическа психология, 1997. - 352 с.

4. Бочкин, А.И. Методика на обучение по информатика: Учеб. надбавка [Текст] / А.И. Бочкин. - Мн.: Виш. училище., 1998 .-- 431 с.

5. Булатова О.С. Педагогическо изкуство: Учебник. ръководство за шип. по-висок. пед. проучване. институции [Текст] / О.С. Булатов. - М.: Изд. Център академия, 2001 .-- 240 с.

6. Въведение в научните изследвания в педагогиката: Учеб. наръчник за пед студенти. институти [Текст] / Ю.К. Бабански, В.И. Журавлев, В.К. Розов и др.; Редактирано от V.I. Журавлева. - М .: Образование, 1988 .-- 239 с.

7. Въведение в психодиагностиката: учебник за ученици от средни педагогически учебни заведения [Текст] / М.К. Акимова, Е.М. Борисова, Е.И. Горбачов и др.; Редактирано от K.M. Гуревич, Е.М. Борисова - М .: Издателство. Център академия, 1997 .-- 192 с.

8. Виготски, Л.С. Въображението и творчеството в детството [Текст] / Л.С. Виготски - М .: Образование, 1991 .-- 396 с.

9. Галигина, Ирина Владимировна. Методика на обучението по информационно моделиране в основния курс по информатика [Текст]: Дис. канд. пед. Науки: 13.00.02: Москва, 2001 198 с. РСЛ ОД, 61: 02-13 / 838-7

10. Гнатко, Н.М. Проблемът за творчеството и феноменът на имитацията [Текст] / Н.М. Гнатко. - Порасна. АН., Институт по психология. - М, 1994 .-- 43 с.

11. Дейкина, А.Ю. Когнитивен интерес: същността и проблемите на ученето [Текст] / Бийск, 2002 г.

12. Дружинин, В.Н. Психология на общите способности [Текст] / V.N. Дружинин - 2-ро изд. - SPb .: Петър Ком, 1999 .-- 368 с.

13. Захарова И.Г. Информационни технологии в образованието: Учеб. ръководство за шип. по-висок. пед. проучване. институции [Текст] / И.Г. Захарова - М .: Издателство. Център академия, 2003 .-- 192 с.

14. Зубко, И.И. Изучаването на модели от класификационен тип в профилния курс по информатика [Текст] / Дис. мога. пед. науки. - М., 1991.

15. Информатика и информационни технологии. Учебник. за 10-11 клас [Текст] / Н.Д. Угринович. - М.: БИНОМ. Лаборатория на знанията, 2003. - 512 с .: ил.

16. Информатика и компютърна техника: Основни термини: Тълкувания. думи .: Повече от 1000 основни понятия и термини [Текст] / А.Я. Фридланд, Л.С. Ханамирова, И.А. Фридланд - 3-то изд., преп. и добавете. - М .: ООО Издателство Астрел: ООО Издателство АСТ, 2003 .-- 272 с.

17. Информатика.7-9 клас: Учеб. за общо образование. проучване. институции [Текст] / А.Г. Гейн, А.И. Сенокосов, В.Ф. Шолохович. - 5-то изд., Стереотип. - М .: Дропла, 2002 .-- 240 с .: ил.

18. Информатика.7-9 клас. Основен курс. Работилница-проблемна книга по моделиране. [Текст] / Изд. Н.В. Макарова. - SPb .: Петър, 2003 .-- 176 с .: ил.

19. Информатика.7-9 клас. Основен курс. теория. [Текст] / Изд. Н.В. Макарова. - SPb .: Петър, 2002 .-- 368 с .: ил.

20. Информатика. Основен курс 7-9 клас [Текст] / И.Г. Семакин, Л.А. Залогова, С.В. Русаков, Л.В. Шестаков - 2-ро изд., преп. и добавете. - М.: БИНОМ. Лаборатория на знанията, 2004. - 390 с .: ил.

21. Информатика: Учебник. за 8-9 кл. общо образование. институции [Текст] / А.Г. Гейн, Е.В. Линецкий, М.В. Сапир, В.Ф. Шолохович. - 5-то изд. - М .: Образование, 1999 - 256 с.

22. Компютърна графика в дизайна: Учебник за университети [Текст] / Д.Ф. Миронов. - SPb .: Петър, 2004 .-- 224 с.

23. Методика на обучението по информатика: Учеб. ръководство за шип. пед. университети [Текст] / М.П. Лапчик, И.Г. Семакин, Е.К. Хенър; Изд. М.П. Лапчик. - М.: Изд. Център академия, 2001 .-- 624 с.

24. Обща психология: Учебник за университети [Текст] / А. Маклаков. - SPb .: Петър, 2003 .-- 592 с .: ил. - Учебник на новия век.

25. Основи на информатиката и компютърните науки: Сонди. проучване. за 10-11 кл. сряда шк. [Текст] / А.Г. Гейн, В.Г. Житомирски, Е.В. Линецки и др. - 4-то изд. - М .: Образование, 1994 .-- 254 с .: ил.

26. Основи на научните изследвания: Учеб. за техника. Университети [Текст] / V.I. Крутов, И.М. Грушко, В.В. Попов и др.; Редактирано от V.I. Крутова, В.В. Попов. - М .: По-високо. шк., 1989 .-- 400 с.

27. Педагогически енциклопедичен речник [Текст] / гл. изд. Б.М. Бим-Бад, М.М. Безруких, В.А. Болотов, Л.С. Глебова и др. Голяма руска енциклопедия, 2002 - 528 с.

28. Педагогически умения и педагогически технологии: Учебник [Текст] / Изд. ДОБРЕ. Гребенкина, Л.А. Байкова. - 3-то изд., преп. и добавете. - М .: Педагогическо дружество на Русия, 2000 .-- 256 с.

29. Психология. Речник [Текст] / Под общо. изд. A.V. Петровски, М.Г. Ярошевски. - 2-ро изд., преп. и добавете. - М .: Политиздат, 1990 .-- 494 с.

30. Пономарев, Я.А. Психология на творчеството и педагогика [Текст] / Я.А. Пономарев - М .: Педагогика, 1976.

31. Рубинщайн, С.Л. Основи на общата психология [Текст] / С.Л. Рубинщайн - SPb .: Петър, 2001 .-- 720 с .: ил. - Магистър по психология.

32. Титова, Юлиана Францевна. Методика за обучение по моделиране в основния курс по информатика [Текст] / Дис. канд. пед. Науки: 13.00.02: SPb., 2002 201 с. РСЛ ОД, 61: 02-13 / 1086-1

33. Уемов, А.И. Логически основи на метода на моделиране [Текст] / A.I. Уемов - М .: Mysl, 1971. - 311 с.

34. Khutorskoy A.V. Съвременна дидактика: Учебник за университети [Текст] / A.V. Хуторски - SPb: Петър, 2001 - 544 с.

35. Бабина Н.Ф. Методическо подпомагане на технологичните уроци за развитие на творческите способности на учениците (на материала на обслужващия труд) [Текст] / Автореферат на дисертацията за научна степен кандидат на педагогическите науки: 13.00.02. - Воронеж, 2001.

36. Бешенков, С.А. Формализация и моделиране [Текст] / С.А. Бешенков В.Ю. Лъскова, Н.В. Матвеева, Е.А. Ракитина // Информатика и образование. - 1999 - бр.5.

37. Бояршинов, М.Г. Математическо моделиране в училищния курс по информатика [Текст] / М.Г. Бояршинов // Компютърни науки и образование - 1999 - №7.

38. Кузнецов, А. А., Съвременен курс по информатика: от елементи към системата [Текст] / А.А. Кузнецов, S.A. Бешенков, Е.А. Ракитин // Информатика и образование - 2004 - №1-2.

39. Шестаков, А.П. Специализирано обучение по информатика в старшите класове на средното училище (10-11 клас) на базата на курса "Компютърно математическо моделиране" (CMM) [Текст] / A.P. Шестаков // Информатика - 2002 - №34 - с. 3-12.

40. Вербален тест за творческо мислене // http://www.gipnoz.ru/tests.html [Електронен документ].

41. Джин на АА. За творчески учебни задачи // http://www.trizminsk.org/index0. htm [Електронен документ]

42. Лък А. Творчество // http://www.metodolog.ru/00021/00021.html [Електронен документ]

Приложение

ДИАГНОСТИКА НА НЕВЕРБАЛНОТО ТВОРЧЕСТВО

(Метод на E. Torrens, адаптиран от A.N. Voronin, 1994)

Условия за изпълнение:

Тестът може да се проведе индивидуално или групово. За да създаде благоприятни условия за тестване, лидерът трябва да сведе до минимум мотивацията за постижения и да ориентира изпитваните към свободното проявление на скритите им способности. В същото време е по-добре да се избягва открито обсъждане на предметната ориентация на методологията, т.е. няма нужда да се съобщава, че се тества креативността (особено творческото мислене). Тестът може да бъде представен като техника за „оригиналност“, умение за изразяване във фигуративен стил и т.н. Времето за тестване не е ограничено доколкото е възможно, приблизително 1 - 2 минути за всяка снимка. В същото време е необходимо да се развеселят участниците в теста, ако се колебаят дълго време или се колебаят.

Предложената версия на теста е набор от картини с определен набор от елементи (линии), с помощта на които субектите трябва да нарисуват картината до някакво смислено изображение. В тази версия на теста са използвани 6 снимки, които не се дублират в оригиналните си елементи и дават най-надеждните резултати.

Тестът използва следните показатели за креативност:

1. Оригиналност(Op), разкриващо степента на несходство на изображението, създадено от субекта, с образите на други субекти (статистическа рядкост на отговора). Трябва да се помни, че няма две еднакви изображения, съответно трябва да говорим за статистическата рядкост на вида (или класа) чертежи. Атласът, приложен по-долу, показва различните видове рисунки и техните условни имена, предложени от автора на адаптацията на този тест, отразяващи общата съществена характеристика на изображението. Трябва да се отбележи, че конвенционалните имена на фигурите, като правило, не съвпадат с имената на фигурите, дадени от самите субекти. Тъй като тестът се използва за диагностициране на невербалната креативност, имената на картините, предложени от субектите, се изключват от последващия анализ и се използват само като помощ за разбиране на същността на картината.

2. Уникалност ( Un), дефиниран като сбор от изпълнени задачи, които нямат аналози в извадката (атлас от фигури).

Инструкции за тестване

Ето формуляр с непълни снимки. Трябва да ги завършите, не забравяйте да включите предложените елементи в контекста и се опитайте да не излизате отвъд ограничителната кутия на картината. Можете да завършите да рисувате всичко и както искате, докато формата може да се завърта. След като завършите чертежа, трябва да му дадете име, което трябва да бъде подписано в реда под чертежа.

Обработка на резултатите от теста

За интерпретация на резултатите от теста по-долу е представен атлас с типични чертежи. За всяка серия от цифри беше изчислен индексът Оr за извадката. За оценка на резултатите от теста на субектите се предлага следният алгоритъм на действия.

Необходимо е да се сравнят готовите снимки с тези в атласа, като се обърне внимание на използването на подобни детайли и семантични връзки; при намиране на подобен тип, присвоете оригиналността, посочена в атласа на този чертеж. Ако в атласа няма такъв тип чертежи, тогава оригиналността на тази завършена картина се счита за 1,00, т.е. тя е уникална. Индексът на оригиналност се изчислява като средноаритметична стойност на оригиналността на всички снимки, индексът на уникалност - като сбор от всички уникални снимки. Използвайки процентилпо скалата, изградена за тези два индекса въз основа на резултатите от контролната извадка, е възможно да се определи индикаторът за невербалната креативност на даден човек като неговото място спрямо тази извадка:

1	0%	20%	40%	60%	80%	100%
2	0,95	0,76	0.67	0,58	0,48	0,00
3	4	2	1	1	0	0

Забележка:

1 - процентът на хората, чиито резултати надвишават определеното ниво на креативност;

2 - стойността на индекса на оригиналност;

3 - стойност на индекса на уникалност.

Пример за тълкуване : нека първата снимка, която анализирате, е подобна на снимка 1.5 от атласа. Неговата оригиналност е 0,74. Втората картинка е подобна на снимка 2.1, оригиналността й е 0,00. Третият чертеж не прилича на нищо, но първоначално предложените за рисуване елементи не са включени в чертежа. Тази ситуация се тълкува като отклонение от задачата и оригиналността на дадения чертеж се оценява с 0. Четвъртият чертеж липсва. Петата фигура е призната за уникална (няма аналози в атласа). Неговата оригиналност е 1.00. Шестата снимка се оказа подобна на снимка 6.3 и нейната оригиналност е 0.67. Поради това, индекс на оригиналностза този протокол:

2,41/5 = 0,48

Индекс на уникалност(брой уникални снимки) на този протокол - 1 ... Резултатите от описания по-горе протокол показват, че субектът е на границата между 60 и 80% от хората, чиито резултати са показани в атласа. Това означава, че около 70% от субектите в тази извадка имат по-висока невербална креативност от него. В същото време индексът на уникалност, показващ колко наистина ново може да създаде човек, е второстепенен в този анализ поради недостатъчната диференцираща сила на този индекс, следователно общият индекс на оригиналност служи като определящ фактор тук.

РЕГИСТРАЦИОННА ФОРМА

Фамилия, инициали ________________________________

Възраст _______ Група ____________ Дата _______________

Начертайте снимки и им дайте имена!

Можете да завършите да рисувате всичко и както искате.

Знаците трябва да са четливи в реда под снимката.

Атлас на типичните рисунки

Снимка №4

Прилагане на симулация в обучението по компютърни науки

Р. П. Романски

Технически университет, София, България

Въведение

За развитието на компютърните технологии и подобряването на архитектурната организация на компютърните системи (CS) е необходимо непрекъснато обучение и самоусъвършенстване на компютърни специалисти и студенти. При провеждането на това обучение е необходимо да се съчетаят формите на традиционното обучение с възможностите за самообучение, дистанционно обучение, практическо разработване на проекти и провеждане на изследователски експерименти. Съществена роля в обучението в областта на компютърните науки играе използването на съвременни методи за изучаване на архитектурната организация и анализиране на производителността на системата на CS. В този смисъл прилагането на методите за моделиране в процеса на изучаване на основните структури на различни КС и организиране на компютърни процеси дава възможност за разработване на подходящо математическо описание на обекта на изследване и създаване на софтуер за извършване на компютърни експерименти [Романски, 2001, Аронс, 2000]. Анализът на експерименталните резултати от моделирането [Bruyul, 2002] дава възможност да се оценят основните характеристики на системата и производителността на изследваната КС.

Използването на моделиране в процеса на изучаване на COP ви позволява да проучите характеристиките на архитектурата и организацията на изчисленията и управлението. Това може да стане на базата на моделен експеримент, чиято организация включва проектиране на компютърен модел като последователност от три компонента (концептуален модел, математически модел, софтуерен модел) и реализиране на този модел в подходяща операционна среда. Тази статия разглежда възможността за използване на различни методи за изследване на CS в процеса на тяхното изследване и по-специално прилагането на принципи на моделиране за изследване на протичащи процеси, както и анализиране на системната производителност на CS. Основната цел е да се дефинира обобщената процедура за компютърно моделиране като последователност от взаимосвързани етапи и да се представят основните етапи от методологията на изследване на модела. За целта в следващата част са представени общата формализиране на компютърната обработка на информация и особеностите на компютърните изчисления като обект на изследване. Прилагането на принципите на моделиране в процеса на изучаване на КС е свързано с методическата организация на обучението в традиционен, дистанционен или разпределен смисъл.

Компютърните системи като обект на изследване и методи на изследване

Една от основните цели на специализираните курсове за обучение в областта на компютърните системи и изследванията на производителността е да обучат бъдещи и настоящи компютърни дизайнери, разработчици на компютърно оборудване и потребители на CS в правилното използване на технологичните възможности за моделиране и измерване на характеристиките на системите. Тези възможности се използват както в процеса на оценка на ефективността на нови компютърни проекти, така и за сравнителен анализ на съществуващи системи. В процеса на обучение задачата е да се изясни последователността на етапите на изследване и възможността за обработка на експериментални резултати за получаване на адекватни оценки на показателите за ефективност. Тази задача може да бъде изяснена в зависимост от конкретната област на компютърно обучение и особеностите на принципите на разглежданата компютърна обработка на информация.

Ориз. 1. Информационна поддръжка на компютърната обработка.

По принцип компютърната обработка се занимава с изпълнението на определени функции за трансформиране на входните данни в крайни решения. Това дефинира две нива на функционална трансформация на информацията (фиг. 1):

математическа трансформация на информацията – реална обработка на данни под формата на математически обекти и се представя чрез обобщена функция f: D®R, която изобразява елементите на набора от данни D в елементите на набора от резултати R;

компютърна реализация на обработка - представлява специфична реализация f*: X®Y на математическата функция f, в зависимост от компютърното и софтуерното оборудване, базирана на подходящо физическо представяне на реални информационни обекти.

В резултат на това е възможно да се напише обобщен функционален модел на компютърна обработка r = f (d) ºj 2 (f * [1 (d)]), където функциите j 1 и j 2 са спомагателни за кодиране и декодиране на информация.

Разглеждайки КС като обект на изследване, трябва да се има предвид, че компютърната обработка се състои от процеси, всеки от които може да бъде представен под формата на структура I =, където: t е началният момент на процеса; А - дефиниращи атрибути; T - следа на процеса. Последният компонент на формалното описание определя времевата последователност от събития e j за адресиране на този процес към елементите на системния ресурс S = (S 1, S 2,…, S n). Последователността от времеви етапи и натоварването на системния ресурс позволяват да се определи профила на изчислителния процес (фиг. 2).

Ориз. 2. Приблизителен профил на компютърен процес.

Поддържането на различни процеси в организацията на компютърната обработка формира системното натоварване на компютърната среда. За всеки момент (t = 1,2, ...) той може да бъде представен с вектора V (t) = Vt =, чиито елементи изразяват свободното (vj = 0) или заето (vj = 1) устройство S j єS (j = 1, 2, ..., n).

При изучаване на CS е необходимо да се определи набор от основни системни параметри, които отразяват същността на компютърната обработка, както и да се разработи методология за изследване на поведението на системния ресурс и протичащите процеси. Като основни системни параметри (индекси на производителност) може да се изследва например натоварването на всеки елемент от системния ресурс, общото системно натоварване на CS, времето за реакция при решаване на комплекс от задачи в мултипрограмен режим, степента на стабилността (издръжливостта) на оборудването, цената на компютърната обработка, ефективността на паралелното планиране.или псевдопаралелните процеси и др.

Типичен курс на обучение в областта на анализа и изследването на изпълнението на COP трябва да обсъжда основните теоретични и практически проблеми в следните направления:

възможността за изследване на производителността на компютърното оборудване и ефективността на компютърните процеси;

прилагане на ефективни методи на изследване (измерване, моделиране);

технологични характеристики на параметрите на измервателната система (бенчмарк, мониторинг);

технологични особености и организация на моделирането (аналитично, симулационно и др.);

методи за анализ на експерименталните резултати.

Всичко това е свързано с прилагането на този изследователски метод и избора на подходяща апаратура. В този смисъл, фиг. 3 е показана приблизителна класификация на методите за изследване на КС и процеси. Могат да се разграничат три основни групи:

Софтуерни смеси – представляват математически връзки за оценка на производителността на процесора въз основа на факторите на приложение на отделните операционни класове. Те ви позволяват да оцените натоварването на процесора чрез статистически анализ след изпълнение на типични програми.

Методи за броене - ви позволяват да получите надеждна информация за хода на компютърните процеси въз основа на директна регистрация на определени стойности на наличните параметри на COP. За да направите това, е необходимо да използвате или разработите подходящ инструмент за броене (монитор) и да организирате изпълнението на експеримента за броене. Трябва да се отбележи, че съвременните операционни системи имат свои собствени системни монитори, които могат да се използват на ниво софтуер или фърмуер.

Методите за моделиране се използват, когато няма реален обект на експеримента. Изследването на структурата или протичащите процеси в КС се извършва на базата на компютърен модел. Той отразява най-важните аспекти от поведението на структурни и системни параметри в зависимост от целта. За да разработите модел, е необходимо да изберете най-подходящия метод за моделиране, който ви позволява да получите максимална адекватност и надеждност.

Ориз. 3. Класификация на методите за изследване на COP и процеси.

Традиционният учебен процес включва провеждане на основен курс от лекции във връзка с набор от упражнения в класната стая и/или лабораторна практика. В областта на компютърните науки, при изучаване на организацията на CS и принципите на управление на компютърните процеси (на ниски и високи нива), както и при анализиране на производителността на системата, често се налага разработването на компютърни модели при изпълнение на лабораторни задачи в класната стая или при самостоятелно изпълнение на проекти. За успешно завършване на тези практически работи и за придобиване на необходимите практически умения е необходимо да се определи последователността на етапите и да се представят технологичните особености на разработването на модела. Това ще позволи на обучаемите да придобият необходимите знания за разработването на адекватни и надеждни компютърни модели за изследване, оценка и сравнителен анализ на производителността на системата на различни компютърни архитектури. В резултат на това се предлага обобщена процедура за провеждане на моделиране, както и методическа схема за моделно изследване на КС и процеси.

Процедура на компютърно моделиране при изследване на СС и процеси

Основната задача на компютърното моделиране при изследване на CS и процеси е да се получи информация за показателите на производителност. Планирането на моделен експеримент в процеса на обучение се извършва на базата на следните етапи:

събиране на емпирични данни за конкретни стойности на основните параметри на системата;

структуриране и обработка на емпирична информация и разработване на функционална схема на модела;

определяне на априорна информация и дефиниращи области на работни параметри за разработване на подходящ математически модел на оригиналния обект;

провеждане на моделни експерименти, натрупване на информация за модела и последващия й анализ.

Обобщена формализирана процедура за моделно изследване за организиране на моделен експеримент е показана на фиг. 4.

Ориз. 4. Процедура за изследване на модела.

Първоначалната цел се определя от необходимостта от изследване на реален обект (система или процес). Основните етапи на процедурата са както следва:

Определяне на основната концепция за изграждане на модел чрез декомпозиране на обект на подсистеми и въвеждане на приемлива степен на идеализация за някои аспекти на поведението на системните процеси.

Математическа формализиране на структурата и връзката в изследвания обект на базата на подходяща формална система.

Математическо описание на функционирането на реална система и разработване на подходящ функционален модел в зависимост от целта на симулацията.

Реализация на математически модел с помощта на най-подходящия метод за моделиране.

Описание на създадения математически модел с помощта на подходяща софтуерна среда (специализирана или универсална).

Провеждане на експерименти на базата на създадения модел и последваща обработка и интерпретация на информацията от модела за оценка на параметрите на обекта на изследване.

Основните методи за компютърно моделиране са както следва:

Аналитични методи – използват математически инструменти за описание на компонентите на реална система и протичащи процеси. На базата на избрания математически подход обикновено математическият модел се изгражда като система от уравнения, която позволява лесно програмиране, но изпълнението изисква висока точност на формулировките и приетите работни хипотези, както и значителна проверка.

Симулационни (имитационни) методи – поведението на реален обект се имитира от софтуерен симулатор, който в своята работа използва реално натоварване (емулация), или софтуерен модел на натоварването (симулация). Такива модели позволяват изследване на сложни системи и получаване на надеждни резултати, но те се извършват във времето и това определя основния недостатък на метода – значителна консумация на компютърно време.

Емпиричните методи са количествени техники за регистриране, натрупване и анализиране на информация за функционирането на реален обект, на базата на които може да се изгради статистически модел за неговото изследване. Обикновено линейни или нелинейни уравнения се използват за представяне на връзката между избрани параметри (например от различни първични фактори) и за изчисляване на статистически характеристики.

Основната задача на компютърното моделиране е да се създаде адекватен модел, с помощта на който е възможно точно да се представи структурата на изследваната система и протичащите процеси. Разработването на компютърен модел включва три последователни нива - концептуален модел (концептуалната концепция за структуриране на модел), математически модел (изображение на концептуален модел с помощта на математическа формална система) и софтуерен модел (софтуерна реализация на математически модел с подходяща езикова среда). На всяко ниво на компютърна симулация е необходимо да се провери адекватността на модела, за да се гарантира надеждността на крайния модел и точността на резултатите от моделните експерименти. Спецификата на отделните етапи от процедурата по моделиране определя прилаганите подходи и средства за оценка на адекватността. Тези характеристики са намерили място в разработената методология на компютърно моделиране, която е представена по-долу.

Моделна методология на изследване

В процеса на компютърно моделиране, независимо от използвания метод, е възможно да се определи обобщена матодическа схема на моделно изследване (фиг. 5). Предложената формализирана методологична последователност включва няколко основни фази, представени по-долу. По същество той представлява итеративна процедура за получаване на необходимата надеждност на разработения компютърен модел въз основа на формулирането на хипотезата на първоначалния модел и последващата му модификация. Този подход е успешен при изследване на сложни системи, както и при липса на достатъчно априорна информация за изследвания обект.

Етап "Формулиране"

На първия етап от разработването на модела е необходимо точно и ясно да се определи обектът на моделиране, условията и хипотезите на изследването, както и критериите за оценка на ефективността на модела. Това ще ви позволи да разработите концептуален модел и да го дефинирате в абстрактни термини и концепции. Обикновено абстрактното описание дефинира първоначалните принципи на изграждането на модела (основни приближения, дефиниционни диапазони от променливи, критерии за ефективност и видове очаквани резултати). На този етап могат да бъдат идентифицирани следните подстъпки:

Дефиниране и анализ на задачата. Включва ясно дефинирана същност на изследователската задача и планиране на необходимите дейности. Въз основа на анализа на проблема се определя обхватът на очакваните действия и необходимостта от декомпозиция на проблема.

Изясняване на вида на първоначалната информация. Тази информация ви позволява да получите правилните изходни резултати от моделирането и следователно е необходимо да осигурите необходимото ниво на доверие в оценките.

Въвеждане на предположения и хипотези. Това е необходимо, ако няма достатъчно информация за прилагане на модела. Предположенията заместват липсващи или пълни данни. Хипотезите се отнасят до вида на възможните резултати или до средата за осъществяване на изследваните процеси. По време на процеса на моделиране тези хипотези и предположения могат да бъдат приети, отхвърлени или модифицирани.

Определяне на основното съдържание на модела. На базата на приложения метод за моделиране се отчитат особеностите на реалния обект, поставената задача и средствата за нейното решаване. Резултатите от тази подстъпка включват формулиране на основната концепция на модела, формализирано описание на реални процеси и избор на подходящо приближение.

Определяне на параметрите на модела и избор на критерии за изпълнение. На този подетап се определят първични и вторични фактори, входни действия и очаквани реакции на модела, което е особено важно за постигане на необходимата точност на математическото описание. Прецизирането на критериите за ефективност е свързано с дефинирането на функционални зависимости за оценка на реакцията на системата при промяна на параметрите на модела.

Абстрактно описание на модела. Фазата на общото формулиране на концептуалния модел завършва изграждането на абстрактния модел в подходяща среда от абстрактни термини - например под формата на структурна диаграма, като блок-схема (Data Flow Diagram), под формата на графична диаграма (State Transition Network) и др. Това абстрактно представяне улеснява изграждането на математически модел.

Ориз. 5. Методическа схема на моделното изследване.

етап "Дизайн"

Проектирането на компютърен модел е свързано с разработването на математически модел и неговото програмно описание.

Математическият модел е представяне на структурата на изследвания обект и протичащите процеси в подходяща математическа форма Y = Ф (X, S, A, T), където: X е съвкупност от външни влияния; S - набор от параметри на системата; А - отразява функционалното поведение (алгоритми на функциониране); T е времето за работа. По този начин поведението (реакцията) на обекта Y симулира набор от функционални влияния F, представляващи аналитични зависимости (детерминистични или вероятностни). В този смисъл математическият модел е описание на абстрактен модел посредством избрана математическа система, оценяващо приетите хипотези и приближения, начални условия и определени параметри на изследването. При разработването на математически модел е възможно да се прилагат добре познати математически формули, зависимости или математически закони (например разпределения на вероятностите), както и да се комбинират и допълват. Най-разпространените теоретични математически системи за целите на моделирането дават възможност за представяне на математически модел в графичен вид - мрежи на Петри, вериги на Марков, системи за опашка и др. адекватност, след което можете да го одобрите или отхвърлите.

Софтуерният модел е изпълнение на математическо описание на софтуерен език - за това се избират подходящи технически и технологични средства. В процеса на внедряване на софтуера се разработва логическа структурна и функционална схема на модела на базата на математически модел. За да изградите тази схема, можете да използвате традиционни блокови диаграми или графични инструменти, които са представени от специализирана среда за симулация, като например в GPSS (General Purpose Simulation System). Софтуерната реализация на модела е задача за разработка на софтуер и в този смисъл се подчинява на принципите на технологията за програмиране.

Етап "Усъвършенстване"

Действията на този етап са предназначени за пълно валидиране на проектирания модел и потвърждаване на неговата адекватност. Оценката на текущата адекватност на предходните етапи е от съществено значение за тяхната ефективност. В този смисъл процесът на усъвършенстване на модела трябва да се разглежда като набор от разпределени действия на всички предишни етапи на компютърното моделиране. В общи линии етапът на усъвършенстване може да се разглежда като итеративна процедура (фиг. 6), позволяваща последователна модификация на първоначалната версия на разработения модел.

Ориз. 6. Итеративна процедура за прецизиране на модела.

Основната цел на проверката на надеждността на модела е да се определи нивото на точност на съвпадението при представяне на процесите на реален обект и механизма за регистриране на резултатите от модела. В общи линии компютърният модел представлява съвкупност от отделни компоненти и в този смисъл е особено важно правилното планиране на проверките за адекватност.

Етап "Изпълнение"

Това е етапът на изпълнение на създадения модел (решение по числен метод или изпълнение във времето). Най-важната цел е да се получи максимална информация за минимална загуба на компютърно време. Има два подетапа:

Планиране на моделен експеримент - определяне на стойността на контролираните фактори и правилата за регистриране на наблюдаваните фактори при изпълнение на модела. Изборът на конкретен експериментален дизайн зависи от посочената цел на изследването, като същевременно се оптимизира времето за изпълнение. За да се получи ефективен дизайн, обикновено се използват статистически методи (пълен дизайн, едновариантно проектиране, рандомизиран дизайн и т.н.), които позволяват да се премахне общото влияние на наблюдаваните фактори и да се оцени приемливата експериментална грешка.

Изпълнение на експеримента - подготовка на входни данни, компютърно изпълнение на експерименталния дизайн и съхранение на експерименталните резултати. Експериментът може да се осъществи по следния начин: контролно моделиране (за проверка на производителността и чувствителността на модела и оценка на времето на модела); работно моделиране (действително изпълнение на разработения експериментален план).

Етап "Анализ и интерпретация на резултатите от модела"

При реализиране на плана на моделния експеримент се натрупва информация (резултати от симулацията), която трябва да се анализира, за да се получи оценка и изводи за поведението на изследвания обект. Това обуславя два аспекта – изборът на методи за анализ на експерименталната информация и използването на подходящи методи за интерпретация на получените оценки. Последното е особено важно за формирането на правилните заключения от изследването. По смисъла на първия аспект обикновено се използват статистически методи - описателни анализи (изчисляване на граничните стойности на параметрите, математическо очакване, дисперсия и средноквадратична грешка; определяне на стратификацията за избрания фактор; изчисляване на хистограма и др.); корелационен анализ (определяне на нивото на факторна връзка); регресионен анализ (изследване на причинно-следствената връзка в група фактори); анализ на дисперсията (за установяване на относителното влияние на определени фактори въз основа на експериментални резултати).

Резултатите от анализа на данните от модела могат да бъдат представени в цифров или табличен вид, като се използват графични зависимости, диаграми, хистограми и др. За избор на подходящо графично средство е от съществено значение използвания метод за анализ, както и субективните умения на експериментатора за форматиране резултатите от експеримента.

Заключение

Основната цел на организирането на всеки модел експеримент е прилагането на ефективно моделиране. Свързва се с машинното време – значително количество обработка в модела увеличава разходите за моделиране и намалява ефективността. Бързото валидиране на модела и конвергенцията са от съществено значение за ефективността на изследването. За всяка реална система често е необходимо да се създават много различни модели, различаващи се по метода на декомпозиция и ниво на детайлност, метода на моделиране, инструментите за софтуерна реализация и т.н. В процеса на избор на най-добрия вариант само оценката на точността и адекватността е недостатъчна. От многото сближаващи се модели трябва да изберете най-ефективния вариант, който прекарва минимално време за изпълнение.

Езикът на софтуерната реализация, както и пълнотата на формалната система на абстрактното представяне на концептуалния модел, простотата на термините за описание, разработването на оптимален план и др., са от съществено значение за постигане на достатъчна ефективност на модела Използването на универсални софтуерни системи се различава от липсата на специфични езикови оператори и затова те са подходящи предимно за аналитично моделиране. За внедряване на симулационни модели е изгодно да се използват специализирани езикови среди.

Библиография

[Bruehl 2002] Bruehl A. SPSS: Изкуството на обработката на информация. Анализ на статистически данни. Санкт Петербург: ДиаСофт, 2002, - 608 с.

[Романски, 2001] Романски Р. Математическо моделиране и изследване на стохастичните времеви характеристики на процесите на компютърна обработка на данни // Информационни технологии. - Москва, Русия, 2001, № 2, - С. 51 - 55.

Arons H., van Asperen E. Компютърна помощ за дефиниране на модел // Proceedings of the 32nd Winter Simulation Conference. Флорида, САЩ, декември 2000 г. P. 399-408.

Бенвенист А., Фабр Е., Хаар Ст. Мрежи на Марков: вероятностни модели за разпределени и едновременни системи // IEEE Transactions on Automatic Control. ноември 2003 г., кн. 48, No 11. - С. 1936-1950.

Butler J.E., Brockman J.B. Уеб-базиран инструмент за обучение, който симулира проста компютърна архитектура // ACM SIGCSE Bulletin. юни 2001 г., кн. 33, бр. 2. - С. 47-50.

Crosbie R. E. Моделна учебна програма по моделиране и симулация: Нуждаем ли се от нея? можем ли да го направим? // Сборник от 32-та зимна симулационна конференция. декември 2000 г. -С. 1666-1668.

Fabre E., Pigourier V. Мониторинг на разпределени системи с разпределени алгоритми // Proceedings of the 41st IEEE Conference on Decision and Control. - том 1.10-13 декември 2002 г. - С. 411-416.

Ibbett R.N. WWW Визуализация на симулации на компютърна архитектура // Procedings of the 7th Annual Conf. за иновации и технологии в образованието по компютърни науки. Юни 2002 г. С. 247.

Лиля D.J. Сравняване на методите за предоставяне на обучение за анализ на ефективността на преподаване на компютърни системи // IEEE Trans. на образованието. февруари 2001 г., кн. 44, № 1, - С. 35-40.

Музик Г., Зупанчич Б., Матко Д. Петри мрежово моделиране и проектиране на контролен контрол в Matlab // Сборник доклади на IEEE конференцията EUROCON 2003 "Компютрите като инструмент". - том 1.22-24 септ. 2003. - Словения. - С. 362-366.

Pandey S., Ramamritham K., Chakrabarti S. Мониторинг на динамичната мрежа за отговор на непрекъснати заявки // Proceedings of the 12th International Conference on World Wide Web. Унгария, май 2003 г., стр. 659-668.

Pockec P., Mardini W. Моделиране с опашки: емпирично изследване // Proceedings of the Canadian Conference on Electrical and Computer Engineering. - том 1. 13-16 май 2001 г. - С. 685-689.

Romansky R. и др. Организация на информационна мрежа InfoNet за разпределено е-обучение // Сборник доклади от 3-та международна конференция по компютърни системи и технологии (е-обучение). 20-21 юни 2002 г. София, България. - П. IV.4-1 - IV.4-6.

Sargent R.G. Проверка и валидиране на симулационни модели // Proceedings of the 2003 Winter Simulation Conference. - том 1. 7-10 декември 2003 г. - С. 27-48.

Stahl, I. GPSS: 40 години развитие // Proceedings of the 33th Winter Simulation Conference. декември 2001. - С. 577-585.

Йе Д, Сяофер Сю, Юлиу Чен. Интегрирана методология за моделиране за виртуални предприятия // Сборник доклади от 10-та конференция по компютри, комуникации, управление и енергетика. - том 3. октомври 2002 г. - С. 1603-1606.

Преподаване на компютърно моделиране в училищния курс по информатика

В нашата изследователска работа приемаме, че най-ефективен от гледна точка на развитие на творческите способности на учениците е материалът, свързан с информационното моделиране. Преди да проверим тази хипотеза, нека разгледаме мястото и значението на компютърното моделиране, целите и задачите на обучението по компютърно моделиране и концепциите, формирани в обучението по моделиране.

Мястото и значението на компютърното моделиране в училищния курс по информатика

В задължителния минимум от съдържанието на обучението по информатика има направление „Моделиране и формализиране”, което наред с линията информация и информационни процеси е теоретичната основа на основния курс по информатика.

Темата за моделирането не трябва да се приема като чисто теоретична и независима от всички други теми. Повечето от разделите на основния курс са пряко свързани с моделирането, включително теми, свързани с технологичната линия на курса. Като инструменти за работа с информационни модели трябва да се разглеждат текстовите и графичните редактори, СУБД, процесорите за електронни таблици, компютърните презентации. Алгоритмизацията и програмирането също са пряко свързани с моделирането. Следователно, линията за моделиране е пресечна за много раздели от основния курс.

Според Бешенков S.A. и други теми "Информация и информационни процеси" и "Формализация и моделиране" са ключови теми в курса на компютърните науки. Тези теми обединяват в едно цяло традиционни теми като "Алгоритми и изпълнители", "Информационни технологии" и др.

Създателите на авторските курсове "Информатика в игри и задачи" и "Информатика-плюс" смятат, че основната задача на училищния курс по информатика е формирането и развитието на способността за анализиране и изграждане на информационно-логически модели.

Бояршинов М.Г. счита за целесъобразно в рамките на дисциплината информатика да се въведе курс по компютърно моделиране, чиято цел е да запознае студентите с методите за решаване на задачи по физика, химия, математика, икономика, екология, медицина, социология, хуманитарни дисциплини, дизайн и технологични проблеми при използване на съвременни компютърни технологии.

А. А. Кузнецов, С. А. Бешенков, Е. А. Ракитина считат, че основните компоненти на курса по информатика, които му придават системен характер, са "Информационни процеси", "Информационни модели", "Информационни основи на управлението". Решението на проблема винаги започва с моделиране: изграждане или избор на редица модели: моделът на съдържанието на проблема (формализация на условията), моделът на обекта, избран като работещ за решаване на този специфичен проблем, моделът (метод) на решението и модела на процеса на решаване на задачата.

По този начин изследването на информационните процеси, както и всяко явление от външния свят като цяло, се основава на методологията на моделиране. Спецификата на информатиката е, че тя използва не само математически модели, но и модели от всякакви форми и видове (текст, таблица, фигура, алгоритъм, програма) - информационни модели. Концепцията за информационния модел дава на курса по информатика този широк спектър от междупредметни връзки, чието формиране е една от основните задачи на този курс в основното училище. Самата дейност по изграждане на информационен модел – информационното моделиране е обобщен вид дейност, която характеризира информационната наука.

Един от ефективните методи за опознаване на заобикалящата реалност е методът на моделиране, който е мощен аналитичен инструмент, който е погълнал целия арсенал от най-новите информационни технологии.

Обобщаващият характер на понятието "информационно моделиране" се дължи на факта, че когато работим с информация, ние винаги или работим с готови информационни модели (действаме като техен наблюдател), или разработваме информационни модели.

Информационното моделиране е не само обект на изучаване в компютърните науки, но и най-важният начин на познавателна, образователна и практическа дейност. Може да се разглежда и като метод за научно изследване и като самостоятелна дейност.

И. И. Зубко информационното моделиране дефинира като „нов общонаучен метод за опознаване на обекти от заобикалящата действителност (реални и идеални), фокусиран върху използването на компютър“. Моделирането се разглежда като начин на познание, от една страна, и като съдържание, което трябва да бъде усвоено от учениците, от друга. Авторът смята, че най-ефективното преподаване на информационно моделиране е възможно, ако на практика се приложи проектният метод, който интегрира изследователска, самостоятелна и творческа работа по различни начини.

Галигина И.В. счита, че обучението по информационно моделиране е препоръчително да се извършва въз основа на следните подходи:

модел, в съответствие с който моделирането се разглежда като инструмент за познание, обект на изследване и средство за обучение;

обект, предполагащ подбор и анализ на различни видове обекти: обект на изследване, информационния модел като нов обект, обекти на моделиращия език, използван за изграждане на модела.

Информационното моделиране в педагогиката може да се разглежда в три аспекта, като:

когнитивен инструмент, тъй като придобиването на нови знания за реален обект, съответстващ на информационен модел, обекти на езика за моделиране, използван за описване на този модел, се случва в процеса на изграждане и изследване на модела;

средство за обучение, тъй като процесът на обучение в повечето случаи е свързан с работата на информационни модели на изучавания обект, като словесно описание, графично изображение,

формулно представяне на закономерности и др.;

обектът на изследване, тъй като информационният модел може да се разглежда като независим информационен обект, с присъщите му характеристики, свойства, характеристики.

Основната разлика между тези аспекти от гледна точка на ученика е, че в първия случай, в процеса на познавателна дейност, ученикът сам изгражда модел на изучавания обект въз основа на собствения си опит, знания и асоциации. Във втория случай на ученика се предоставя модел на изучавания обект, разработен от учителя, автора на учебника или създателя на научна теория. В последния случай изучаваният обект е наборът от модели.

Включването в съдържателната линия "Моделиране и формализиране" на основния курс по информатика на модул "Информационно моделиране" ще създаде солидна основа за:

съзнателно използване на информационните модели в образователната дейност;

запознаване на студентите с методиката на научноизследователската дейност;

последващо задълбочено изучаване на информационното моделиране в специализирани курсове по компютърни науки.

Титова Ю.Ф. смята, че най-важната образователна функция е развитието на творческия потенциал на учениците. Опитът на творческата дейност се формира чрез решаване на проблемни задачи от различни направления и по-специално чрез изследователска дейност. Моделирането е един от най-важните изследователски инструменти. Авторът е разработил методика за преподаване на моделиране в основен курс по информатика, съчетаваща теоретичен материал, който се основава на формализиран подход за разработване и изучаване на модели, и набор от изследователски задачи, които интегрират знания от различни образователни области. Авторът смята, че използването на тази техника ще осигури развитието на широк спектър от интелектуални умения у учениците, като абстракция и конкретизация, обобщение, класификация, анализ и разбиране на резултатите от техните действия.