El lugar y la importancia del modelado informático en el curso de informática de la escuela. Tesis: El uso de tareas educativas y creativas en la enseñanza del modelado por computadora para desarrollar las habilidades creativas de los estudiantes Aplicación del modelado por computadora
Estudiante de maestría
Instituto Pedagógico del Estado de Mordovia que lleva el nombre de M.E. Evsevieva
Departamento de Informática e Ingeniería Informática
Safonov V.I., Candidato de Ciencias Físicas y Matemáticas, Profesor Asociado del Departamento de Informática e Ingeniería Informática
Anotación:
El artículo muestra la importancia del modelado en el curso escolar de Informática. Modelización demostrada y modelos de clasificación mostrados software y entorno interactivo para la realización de simulación por ordenador.
Palabras clave:
modelado; Ciencias de la Computación; formalización; modelo; modelo matemático; modelado matemático.
modelado; Ciencias de la Computación; formalización; modelo; modelo matemático; modelo matematico.
UDC 004
El estudio del modelado es un aspecto significativo de la preparación de los escolares. Es necesario considerar el modelado como una forma de desarrollar el pensamiento del alumno y, además, como una herramienta para la resolución de diversos problemas. El modelado es un método importante de conocimiento científico. En diversas materias, además de informática, se estudia el modelado, por ejemplo, en matemáticas, física, biología, química, etc. Sin embargo, directamente en las lecciones de informática, se consideran los pasos para construir un modelo, verificar un modelo, crear modelos en una variedad de programas de computadora.
Casi todos los temas del curso de informática de la escuela están relacionados con el modelado, incluidos los algoritmos y la programación. Los autores de libros de texto de ciencias de la computación creen que la tarea más importante en la enseñanza de modelos es la formación de la capacidad de analizar y construir modelos. Sin embargo, estas habilidades también son necesarias en otras secciones de la informática, por ejemplo, "Procesos de información". Así, el modelado está presente en muchas secciones del curso de informática, siendo fundamental en el estudio del curso de informática de la escuela.
En el curso de la informática no solo se estudian modelos matemáticos, sino también informativos, que incluyen figuras, tablas, programas, algoritmos, lo que le da a la informática un carácter interdisciplinario.
Un modelo es una semejanza simplificada a un objeto o proceso real. El concepto clave en el modelado es el objetivo. El objetivo del modelado es el propósito del modelo futuro. El objetivo define las propiedades del objeto original que se reproducirá en el modelo. Se pueden modelar tanto los objetos materiales como los procesos. Un modelo de información es una descripción de un objeto a modelar. Sobre la base de la presentación, los modelos se dividen en tabulares, gráficos, de información de objetos y matemáticos.
La formalización es el reemplazo de un objeto o proceso real con su descripción formal, es decir, su modelo de información. La línea de contenido del tema de modelado cumple la tarea más importante: el desarrollo del pensamiento sistémico de los estudiantes.
Las hojas de cálculo son el entorno de herramientas más común y conveniente para resolver problemas de modelado matemático. Un modelo matemático es una descripción del estado de comportamiento de cualquier sistema real (proceso, objeto) en el lenguaje de las matemáticas, es decir, utilizando fórmulas, ecuaciones y otras relaciones matemáticas. La implementación de un modelo matemático es el uso de un método específico para calcular los valores de los parámetros de salida a partir de los valores de los parámetros de entrada. La tecnología de hoja de cálculo es un método para implementar un modelo matemático. También existen métodos para implementar un modelo matemático, que incluyen la escritura de programas en lenguajes de programación, utilizando paquetes matemáticos (MathCad, Mathematics, 1C: Mathematical Designer, etc.), utilizando sistemas de software especializados para modelar. Los modelos matemáticos creados por tales medios se denominan modelos matemáticos informáticos.
La enseñanza interconectada de ciencias de la computación, matemáticas y física permite familiarizar a los estudiantes con el uso de paquetes matemáticos aplicados como herramienta para la resolución de problemas típicos. Por tanto, el apartado "Modelado y formalización" revela el papel meta-sujeto de la informática.
El modelado es una de las secciones difíciles del curso de informática de la escuela. El componente contenido-estructural "Modelización y formalización" es un componente importante de la disciplina, que se encuentra en constante mejora, por lo que aún no se ha completado el estudio de la metodología de su estudio. Por el momento, hay una gran cantidad de métodos para enseñar modelado informático, que se utilizan activamente en las lecciones de informática en la escuela.
El soporte de software y recursos del tema "Modelado de información" en el nivel de educación general básica general y secundaria está representado por software y recursos de Internet, en particular, los recursos de una sola colección de recursos educativos digitales.
Una de las herramientas de modelado disponibles es la aplicación de oficina Microsoft Excel, ya que casi todas las escuelas tienen un paquete de MS Office. Microsoft Excel es un programa de hoja de cálculo que le permite analizar grandes cantidades de datos. Este programa utiliza más de 600 funciones matemáticas, financieras, estadísticas y otras especializadas, con las que puede vincular varias tablas entre sí, elegir formatos de presentación de datos arbitrarios y crear estructuras jerárquicas.
Mathcad es una aplicación de ingeniería y computación matemática, el estándar de la industria para realizar, distribuir y almacenar cálculos. Mathcad es un sistema universal, es decir se puede utilizar en cualquier campo de la ciencia y la tecnología, dondequiera que se apliquen métodos matemáticos.
KOMPAS es un sistema de diseño asistido por computadora. Con el sistema KOMPAS, puede crear modelos asociativos tridimensionales de piezas y unidades individuales que contienen elementos estructurales originales o estandarizados.
Blender es un software de modelado 3D gratuito. El truco de este programa es que durante la creación de una escena 3D, la ventana de la utilidad se puede dividir en partes, cada una de las cuales será una ventana independiente con una vista específica de la escena 3D, una regla de la línea de tiempo y la configuración del objeto. El número de dichas piezas está limitado únicamente por la resolución de la pantalla. La aplicación también tiene herramientas para el modelado de splines, y las curvas B-splines y Bezier también se utilizan para generar objetos 3D.
La simulación por computadora tiene una serie de ventajas solo cuando las capacidades informáticas y gráficas de la computadora se utilizan por completo, lo que permitirá realizar la variedad de capacidades del software correspondiente.
Un ejemplo de una solución gráfica a una ecuación en el entorno interactivo "1C: Diseñador matemático":
¿Cuántas soluciones tiene la ecuación log1 / 16x = (1/16) x? A primera vista, las gráficas de los lados izquierdo y derecho tienen solo una solución que se encuentra en la línea recta y = x (Fig. 1). Sin embargo, con las herramientas Zoom y Shift Sheet, puede acercar la imagen y descubrir el entrelazamiento inesperado de dos gráficos que conduce a tres raíces, no a una.
Arroz. 1. Resolver la ecuación gráfica
La intuición en este caso engaña: si dibujamos estos gráficos de la ecuación a mano, veremos que la ecuación tiene una raíz, en la intersección de ambos gráficos con una línea recta. y = X(es decir, la raíz de la ecuación (1/16) X = X). Pero es fácil darse cuenta y comprobar por sustitución que los números X= 1/2 y X= 1/4 también son raíces. ¿De dónde vienen?
Si construye gráficos en el "Constructor matemático", entonces el programa encontrará tres puntos de su intersección (Fig. 2), aunque en las proximidades de estos puntos en la escala "normal" los gráficos "se pegan". Usando la herramienta Cambiar escala puedes ampliar la imagen y ver cómo los gráficos están "entrelazados".
Arroz. 2. Resolver la ecuación gráfica
Por lo tanto, la construcción de modelos gráficos simples, como la resolución de problemas matemáticos simples, ya es apropiada en un curso básico de informática. El autodesarrollo de modelos gráficos requiere conocimientos de programación, y esto se refiere a material de mayor dificultad, que se estudia en un curso especializado en informática o como parte de un curso electivo.
Bibliografía:
1. Korolev, A. L. Modelado por computadora / A. L. Korolev. Korolyov. - M: BINOM. Laboratorio de conocimiento, 2010 - 230 p.
2. Safonov, V.I. Modelado por computadora: libro de texto. asignación / V.I.Safonov. - Mordov. Estado Ped. En t. - Saransk, 2009 .-- 92 p.
3. Tarasevich, Yu.Yu. Modelado matemático e informático. Curso introductorio: libro de texto. manual / Yu.Yu. Tarasevich. - M .: LIBROKOM, 2013 .-- 152 p.
Reseñas:
25/11/2017, 14:51 Feofanov Alexander Nikolaevich
Revisar: El artículo está mal estructurado, no está claro quién es el lector. Deje que muestren la diferencia entre la imagen 1 y 2. ¿Qué debería ser, imagino, y qué es? Esta es una repetición de la Fig. 1.Después de la revisión, es posible la publicación en la revista. Doctor en Ciencias Técnicas, prof. Feofanov A.N.
19.12.2017, 20:53 Feofanov Alexander Nikolaevich
Revisar: ¿Ha realizado alguna corrección en el material? (no hay nada en el enlace) - quién es el lector (profesor o alumno). ¿Para quién es el artículo? - la diferencia en la fig. 1 y 2: deben ser escalas diferentes. ¡Pero esto no se ha hecho! La escala en las figuras sigue siendo la misma. En 1 figura, los puntos de intersección no eran visibles, en 2 estaban configurados. Pero este no es el resultado de simulaciones por computadora. - hay repeticiones en el artículo. Doctor en Ciencias Técnicas, prof. Feofanov A.N.
19/12/2017 21:21 Respuesta a la reseña del autor Natalya Sergeevna Rezaeva:
El lector es sobre todo un estudiante, pero también en parte un profesor. Es con la ayuda del programa que puedes agrandar este gráfico y ver estas intersecciones, todo esto aumenta y disminuye en el programa, y no tiene sentido aumentarlo en las imágenes.
20.12.2017, 7:31 Feofanov Alexander Nikolaevich
Revisar: Es mejor y más claro mostrar un ejemplo con triángulos o círculos (intersecciones, puntos comunes, etc.) Y el artículo no revela la funcionalidad de escalado automático del programa "1C: Diseñador matemático". Feofanov A.N.
22.01.2018, 16:16 Bovtruk Natalia Sergeevna
Revisar: el artículo tiene un título muy bueno, y el artículo solo hace un pequeño análisis de los programas. Es necesario analizar más la esencia de los programas en su caso.
480 RUB | 150 UAH | $ 7.5 ", MOUSEOFF, FGCOLOR," #FFFFCC ", BGCOLOR," # 393939 ");" onMouseOut = "return nd ();"> Disertación - 480 rublos, entrega 10 minutos, las 24 horas, los siete días de la semana
240 RUB | UAH 75 | $ 3.75 ", MOUSEOFF, FGCOLOR," #FFFFCC ", BGCOLOR," # 393939 ");" onMouseOut = "return nd ();"> Resumen - 240 rublos, entrega de 1 a 3 horas, de 10 a 19 (hora de Moscú), excepto los domingos
Rozova Natalia Borisovna. Aplicación del modelado por computadora en el proceso de aprendizaje: 13.00.01, 13.00.02 Rozova, Natalia Borisovna Aplicación del modelado por computadora en el proceso de aprendizaje (En el ejemplo de estudiar física molecular en una escuela secundaria): Dis. ... Cand. ped. Ciencias: 13.00.01, 13.00.02 Vologda, 2002 163 p. RSL OD, 61: 03-13 / 523-2
Introducción
Capítulo 1. Modelos y modelización en la ciencia y la enseñanza 14
1.1 Modelos y modelización en la ciencia moderna 14
1.2 Aplicación de modelos en el proceso de enseñanza a los estudiantes 26
1.3 Simulación por ordenador en la docencia 33
Capítulo 2. Fundamentos psicológicos y pedagógicos del aprendizaje informático 50
2.1 Aspectos psicológicos y pedagógicos del aprendizaje informático 50
2.2 Características de las actividades educativas y su gestión basada en el aprendizaje informático 58
Capítulo 3. Métodos de organización y realización de lecciones de física en el décimo grado de una escuela secundaria cuando se estudia el tema "Física molecular" utilizando modelos informáticos 74
3.1 Análisis del estado del modelado informático en la sección "Física molecular" 74
3.2 Características del programa experimental para la simulación por computadora de la dinámica de sistemas de muchas partículas y la posibilidad de su uso en el proceso educativo 83
3.3 Métodos de organización y realización de lecciones de física en el grado 10 al estudiar la sección "Física molecular" sobre la base del programa experimental 92
4.1 Tareas del experimento y organización de su realización 128
4.2 Análisis de los resultados del experimento pedagógico 140
Conclusión 147
Introducción al trabajo
Una de las direcciones más importantes en el desarrollo de la sociedad es la educación. La educación “funciona” para el futuro, determina las cualidades personales de cada persona, sus conocimientos, habilidades, comportamiento, cultura, cosmovisión, creando así el potencial económico, moral y espiritual de la sociedad. Las tecnologías de la información son una de las principales herramientas en educación, por lo que el desarrollo de una estrategia para su desarrollo y uso en educación es uno de los problemas clave. En consecuencia, el uso de la tecnología informática está ganando importancia nacional. Muchos expertos creen que en la actualidad la computadora permitirá un avance cualitativo en el sistema educativo, ya que el docente tiene en sus manos una poderosa herramienta de enseñanza. Por lo general, hay dos direcciones principales de informatización. El primero tiene como objetivo lograr la alfabetización informática universal, el segundo es utilizar la computadora como un medio para aumentar la eficacia del aprendizaje.
En el sistema de formación, existen dos tipos de actividades: enseñanza y aprendizaje. N.F. Talyzina y T.V. Gabay propuso considerar el papel de la computadora en el aprendizaje desde el punto de vista de la función que realiza.
Si la computadora cumple la función de gestionar las actividades educativas, entonces se puede considerar como una herramienta didáctica que reemplaza al docente, ya que la computadora simula actividades educativas, hace preguntas y reacciona a las respuestas y preguntas del alumno como docente.
Si una computadora se utiliza solo como medio de actividad educativa, entonces su interacción con los estudiantes se lleva a cabo como un "usuario de la computadora". En este caso, la computadora no es una herramienta de aprendizaje, aunque puede comunicar nuevos conocimientos. Por tanto, cuando hablan de aprendizaje informático, se refieren al uso de una computadora como medio para gestionar las actividades de aprendizaje.
A pesar de que todavía no existe una clasificación unificada de los programas de formación, muchos autores distinguen entre ellos los siguientes cinco tipos: formación, tutoría, aprendizaje de problemas, imitación y modelado, juego. Los modelos de computadora tienen el rango más alto entre los anteriores. Según V.V. Laptev, “un modelo de computadora es un entorno de software para un experimento computacional que combina, sobre la base de un modelo matemático de un fenómeno o proceso, los medios de interacción interactiva con el objeto del experimento y el desarrollo de un medio de mostrar información ... Los modelos informáticos son el objeto principal de la física computacional, cuyo método distintivo es un experimento computacional es como el método distintivo de la física experimental es un experimento natural ". Académico V.G. Razumovsky señala que "con la introducción de las computadoras en el proceso educativo, aumentan las posibilidades de muchos métodos de cognición científica, especialmente el método de modelado, que puede aumentar drásticamente la intensidad del entrenamiento, ya que la esencia misma de los fenómenos se resalta durante el modelado y su la generalidad se vuelve clara ".
El estado actual de la formación informática se caracteriza por un amplio conjunto de programas de formación que difieren significativamente en calidad. El caso es que en la etapa inicial de la informatización de las escuelas, los profesores que utilizaron el aprendizaje informático crearon sus propios programas de enseñanza, y como no eran programadores profesionales, los programas que crearon resultaron ineficaces. Por lo tanto, junto con los programas que brindan aprendizaje de problemas, modelado por computadora, etc., existe una gran cantidad de programas de entrenamiento primitivos que no afectan la efectividad del entrenamiento. Por lo tanto, la tarea del maestro no es desarrollar programas de capacitación, sino utilizar programas prefabricados de alta calidad que cumplan con los requisitos metodológicos, psicológicos y pedagógicos modernos.
Uno de los principales criterios de la importancia didáctica de los programas de modelado es la posibilidad de realizar una investigación que antes era impracticable en el aula de física de una escuela. El contenido de la educación física escolar contiene una serie de secciones, en las que un experimento natural solo describe cualitativamente el fenómeno o proceso que se está estudiando. El uso de modelos informáticos también permitiría realizar un análisis cuantitativo de estos objetos.
Una de estas áreas de la física escolar es la física molecular, el estado del aprendizaje informático en el que analizaremos. Al estudiarlo, los estudiantes encuentran una forma cualitativamente nueva de movimiento de la materia: el movimiento térmico, en el que, además de las leyes de la mecánica, también operan las leyes de la estadística. Los experimentos naturales (movimiento browniano, difusión, interacción de moléculas, evaporación, fenómenos superficiales y capilares, humectación) confirman la hipótesis de la estructura molecular de la materia, pero no permiten observar el mecanismo de los procesos físicos en curso. Modelos mecánicos: el experimento de Stern, tablero de Galton, aparato para demostrar las leyes de los gases, permite ilustrar la ley de Maxwell de distribución de moléculas de gas sobre velocidades y obtener experimentalmente las relaciones entre presión, volumen y temperatura necesarias para derivar las leyes de los gases.
El uso de tecnología informática electrónica y electrónica moderna permite complementar significativamente el diseño y la realización del experimento. Desafortunadamente, el número de trabajos sobre este tema es muy pequeño.
El artículo describe el uso de una computadora para demostrar la dependencia de la velocidad de las moléculas de varios gases con la temperatura, el cálculo de los cambios en la energía interna de un cuerpo durante la evaporación, fusión y cristalización, así como el uso de una computadora en el procesamiento del trabajo de laboratorio. Aquí hay una descripción de la lección sobre cómo determinar la eficiencia de una máquina térmica ideal basada en el ciclo de Carnot.
La técnica de establecer un experimento con el uso de tecnología informática electrónica y electrónica es descrita por V.V. Laptev. El esquema del experimento se ve así: valores medidos - sensores - convertidor-microcalculador de analógico a digital MK-V4 o una computadora Yamaha. De acuerdo con este principio, se diseñó una instalación electromecánica universal para estudiar la física de las leyes de los gases en un curso escolar.
En el libro de AS Kondrat'ev y VV Laptev "Physics and Computer", se han desarrollado programas que analizan en forma de gráficos la fórmula para la distribución maxwelliana de moléculas por velocidades, utilizan la distribución de Boltzmann para calcular la altura de ascenso y estudian el ciclo de Carnot.
I.V. Grebenev presenta un programa que simula la transferencia de calor mediante la colisión de partículas de dos cuerpos.
En el artículo "Modelado del trabajo de laboratorio de un taller físico" V.T. Petrosyan y otros contienen un programa para modelar el movimiento browniano de partículas, cuyo número se establece mediante experimentos.
El desarrollo más completo y exitoso de la sección de física molecular es el curso educativo de informática "Física Abierta" LLP NTs PHYSICS. Los modelos presentados en él cubren todo el curso de física molecular y termodinámica. Se presentan animaciones por computadora, gráficos y resultados numéricos para cada experimento. Los programas de buena calidad, fáciles de usar, le permiten observar la dinámica del proceso al cambiar los macroparámetros de entrada.
Al mismo tiempo, en nuestra opinión, este curso de informática es el más adecuado para consolidar el material cubierto, ilustrar las leyes físicas y el trabajo independiente de los estudiantes. Pero la aplicación de los experimentos propuestos como demostraciones informáticas es difícil, ya que no cuentan con soporte metodológico, es imposible controlar el tiempo del proceso en curso.
Cabe señalar que hasta la fecha “no se ha desarrollado una visión establecida sobre una indicación específica: dónde y cuándo es necesario usar una computadora en el proceso de aprendizaje, no se ha adquirido experiencia práctica en la evaluación del impacto de una computadora en la efectividad de formación, no existen requisitos reglamentarios establecidos para el tipo, tipo y parámetros de hardware, software educativo ".
I.V. Grebenev. “El criterio más importante para la efectividad del aprendizaje por computadora probablemente debería ser considerado la posibilidad de que los estudiantes obtengan nuevos e importantes conocimientos sobre el tema en un diálogo con una computadora, por medio de tal nivel o con tal naturaleza de actividad cognitiva que son Imposible con el aprendizaje sin máquina, siempre y cuando, por supuesto, su efecto pedagógico y retribuya el tiempo dedicado por el profesor y el alumno ”.
Esto significa que para que el uso de una computadora aporte beneficios reales, es necesario determinar dónde la metodología existente es imperfecta, y mostrar qué propiedades de una computadora y cómo pueden aumentar la efectividad del entrenamiento.
El análisis del estado del modelado por computadora indica que:
1) el modelado por computadora está representado por una pequeña cantidad de programas en general y en particular aquellos que simulan procesos físicos basados en las provisiones de la teoría cinética molecular (MKT);
2) en programas que simulan sobre la base de MCT, no hay resultados cuantitativos, sino solo una ilustración cualitativa de cualquier proceso físico;
3) en todos los programas no se presenta la conexión entre los microparámetros del sistema de partículas y sus macroparámetros (presión, volumen y temperatura);
4) No existe una metodología desarrollada para la realización de lecciones utilizando programas de simulación por computadora para una serie de procesos físicos de MCT.
Esto determina la relevancia del estudio.
El objeto de la investigación es el proceso de aprendizaje en una escuela secundaria de educación general.
El tema de la investigación es el proceso de utilización de modelos informáticos en la enseñanza de la física en las escuelas secundarias.
El propósito de la investigación es estudiar las posibilidades pedagógicas del modelado por computadora y desarrollar soporte metodológico para el uso de programas de modelado por computadora basados en el material del curso de física escolar.
Con base en el propósito del estudio, se establecieron las siguientes tareas en el trabajo:
1) realizar un análisis holístico de las posibilidades de utilizar modelos informáticos en el proceso de aprendizaje;
2) determinar los requisitos psicológicos y pedagógicos de los modelos informáticos educativos;
3) analizar programas informáticos nacionales y extranjeros que simulan fenómenos físicos y dan un efecto de aprendizaje real;
4) desarrollar un programa de simulación por computadora basado en el contenido físico de la educación secundaria general (sección "Física Molecular");
5) comprobar la aplicación del programa experimental de simulación por ordenador y evaluar su resultado didáctico-metódico.
Hipótesis de la investigación.
La calidad del conocimiento, las habilidades y la cultura de la información de los estudiantes puede aumentar si, en el proceso de enseñanza de la física, se utilizan programas de simulación por computadora, cuyo soporte metodológico es el siguiente:
Adecuadamente a los fundamentos teóricos del modelado informático en el proceso de aprendizaje, se determinan las tareas, lugar, tiempo, forma de utilizar los modelos informáticos educativos;
Se lleva a cabo la variabilidad de formas y métodos de gestión de las actividades de los estudiantes;
Los escolares están capacitados para cambiar de objetos reales a modelos y viceversa.
La base metodológica de la investigación consiste en: enfoques sistémicos y basados en actividades para el estudio de los fenómenos pedagógicos; teorías filosóficas, cibernéticas y psicológicas del modelado informático (A.A. Samarsky, V.G. Razumovsky, N.V. Razumovskaya, B.A.Glinsky, B.V.Biryukov, V.A. otros); fundamentos psicológicos y pedagógicos de la informatización de la educación (V.V. Rubtsov, E.I.Mash-bits) y el concepto de educación en desarrollo (L.S.Vygotsky, D.B. Elkonin, V.V. P.Ya. Halperin).
Métodos de búsqueda:
Análisis científico y metodológico de la literatura filosófica, psicológica, pedagógica y metodológica sobre el problema en estudio;
Análisis de la experiencia de los docentes, análisis de su propia experiencia en la enseñanza de física en la escuela secundaria y métodos de física en una universidad;
Análisis de modelado de programas informáticos sobre física molecular por autores nacionales y extranjeros con el fin de determinar el contenido del programa;
Modelado de fenómenos físicos en física molecular;
Experimentos informáticos basados en programas de simulación seleccionados;
Interrogatorio, conversación, observación, experimento pedagógico;
Métodos de estadística matemática.
Base de investigación: escuelas No. 3, 11, 17 de Vologda, Liceo Estatal de Ciencias Naturales y Matemáticas de Vologda, Facultad de Física y Matemáticas de la Universidad Pedagógica Estatal de Vologda.
La investigación se llevó a cabo en tres etapas y tuvo la siguiente lógica.
En la primera etapa (1993-1995) se determinó el problema, meta, objetivos e hipótesis del estudio. Se analizó la literatura filosófica, pedagógica y psicológica con el fin de identificar los fundamentos teóricos para el desarrollo y uso de modelos informáticos en el proceso de aprendizaje.
En la segunda etapa (1995 - 1997), se realizó un trabajo experimental en el marco del problema en estudio, se propusieron desarrollos metodológicos para el uso de programas de modelado por computadora en las lecciones de física.
En la tercera etapa (1997 - 2000) se realizó el análisis y generalización del trabajo experimental.
La fiabilidad y validez de los resultados obtenidos está garantizada por: aproximaciones teóricas y metodológicas al estudio del problema del modelado informático en la docencia; una combinación de análisis cualitativo y cuantitativo de los resultados, incluido el uso de métodos de estadística matemática; métodos adecuados al propósito y tema de la investigación; Requisitos con base científica para el desarrollo de un programa de simulación por computadora.
Esto último requiere alguna explicación. Hemos desarrollado un programa para modelar la dinámica de sistemas de muchas partículas, cuyo cálculo del movimiento se basa en el algoritmo de Verlet utilizado por H. Gould y J. Tobochnik. Este algoritmo es simple y brinda resultados precisos incluso en intervalos de tiempo cortos, lo cual es muy importante al estudiar patrones estadísticos. La interfaz original del programa permite no solo ver la dinámica del proceso y cambiar los parámetros del sistema, registrando los resultados, sino que también permite cambiar el tiempo del experimento, detener el experimento, guardar este cuadro y comenzar. el trabajo posterior en el modelo de él.
El sistema en estudio consta de partículas cuyas velocidades se establecen aleatoriamente y que interactúan entre sí de acuerdo con las leyes de la mecánica newtoniana, y las fuerzas de interacción entre moléculas se muestran mediante la curva de Lennard-Johnson, es decir, el programa contiene un modelo. de un gas real. Pero al cambiar los parámetros iniciales, puede llevar el modelo a un gas ideal.
El programa de simulación por computadora que presentamos nos permite obtener resultados numéricos en unidades relativas, confirmando las siguientes leyes y procesos físicos:
a) la dependencia de la fuerza de interacción y la energía potencial de las partículas (moléculas) de la distancia entre ellas;
b) distribución de velocidades de Maxwell;
c) la ecuación básica de la teoría cinética molecular;
d) Leyes de Boyle-Mariotte y Charles;
e) Experimentos de Joule y Joule-Thomson.
Los experimentos anteriores pueden confirmar la validez del método de física estadística, ya que los resultados del experimento numérico corresponden a los resultados obtenidos sobre la base de las leyes de la estadística.
El experimento pedagógico confirmó la efectividad de la metodología de la lección utilizando programas de simulación por computadora.
Novedad científica y trascendencia teórica de la investigación:
1. Se ha realizado una descripción completa del modelado informático utilizado en el proceso de aprendizaje (filosófico, cibernético, pedagógico).
2. Se han fundamentado los requisitos psicológicos y pedagógicos de los modelos de formación informática.
3. Se aplicó el método de simulación por computadora de la dinámica de muchas partículas, que permitió por primera vez en el curso de la facultad de física molecular crear un modelo informático de un gas ideal, lo que permite demostrar la relación entre los microparámetros del sistema (velocidad, momento, cinética, energía potencial y total de partículas en movimiento) con macroparámetros (presión, volumen, temperatura).
4. Sobre la base de programas de simulación por ordenador en la metodología física, se han realizado los siguientes experimentos numéricos: se ha obtenido la ecuación básica de la teoría cinética molecular; se muestra la relación entre la temperatura y la energía cinética del movimiento de traslación de partículas (moléculas); Los experimentos de Joule y Joule-Thomson se simulan para gases ideales y reales.
La importancia práctica del estudio radica en el hecho de que el contenido seleccionado y los programas de simulación por computadora desarrollados se pueden utilizar en las escuelas secundarias para realizar un experimento numérico sobre una serie de cuestiones de la física molecular. Se ha desarrollado y probado en un experimento una metodología para impartir lecciones de física molecular utilizando programas informáticos de simulación. Los materiales y resultados de la investigación también se pueden aplicar en el proceso de enseñar a los estudiantes de las universidades pedagógicas y mejorar las calificaciones de los profesores de física e informática.
Se llevó a cabo la aprobación de los principales materiales y resultados "obtenidos en el transcurso del estudio".
En la conferencia internacional científica y técnica electrónica (Vologda, 1999);
En la conferencia científico-práctica interuniversitaria "Aspectos sociales de la adaptación de los jóvenes a las cambiantes condiciones de vida" (Vologda, 2000);
En la segunda conferencia científica y metodológica regional "Tecnologías modernas en la educación profesional superior y secundaria" (Pskov, 2000);
En la sexta conferencia científico-práctica de toda Rusia "El problema del experimento físico educativo" (Glazov, 2001);
Al enseñar física en las escuelas secundarias de la ciudad de Vologda, en el aula sobre los métodos de enseñanza de la física con estudiantes de VSPU, en seminarios de estudiantes graduados de VSPU y profesores del Departamento de Física General y Astronomía.
Se someten a la defensa los siguientes:
1. Aproximaciones teóricas a la aplicación del modelado informático en el proceso de aprendizaje y su soporte metodológico.
3. Métodos de organización y realización de lecciones de física en el décimo grado de una escuela secundaria de educación general cuando se estudia el tema "Física Molecular" sobre la base de un programa de simulación por computadora.
La estructura de la tesis.
La estructura de la tesis está determinada por la lógica y la secuencia de resolución de las tareas. La disertación consta de una introducción, cuatro capítulos, una conclusión y una bibliografía.
Modelos y simulación en la ciencia moderna
Actualmente, los modelos y la modelización, como uno de los métodos de cognición del mundo circundante, se utilizan ampliamente en la ciencia, la tecnología y la enseñanza.
El término "modelo" proviene de la palabra latina módulo, que significa medida, patrón, norma. La visión holística del mundo de una persona en la mayoría de los casos se refleja en su conciencia en forma de cierto modelo físico.
En la filosofía moderna, se dan las siguientes definiciones de los conceptos de modelo y modelado.
“Un modelo (modelo francés) en la lógica y metodología de la ciencia es un análogo (esquema, estructura, sistema de signos) de un determinado fragmento de realidad natural o social, producto de la cultura humana, la educación conceptual - teórica, etc. - el original del modelo. Este análogo sirve para almacenar y ampliar conocimientos (información) sobre el original, sus propiedades y estructuras, para transformarlo o controlarlo. Desde un punto de vista epistemológico, un modelo es un "representante", "suplente" del original en la cognición y la práctica. Los resultados del procesamiento e investigación del modelo en determinadas condiciones, aclarados en lógica y metodología, y específicos para diversas áreas y tipos de modelos, se transfieren al original. “El modelado es un método de estudiar objetos de conocimiento sobre sus modelos; construcción y estudio de modelos, objetos y fenómenos de la vida real (sistemas orgánicos e inorgánicos, dispositivos de ingeniería, varios procesos: físicos, químicos, biológicos, sociales) y objetos construidos para determinar o mejorar sus características, racionalizar los métodos de su construcción, control ellos, etc. NS ". ... El modelado de sujeto y de signo se distingue según el tipo de modelos. En el modelado de sujetos, la investigación se realiza sobre un modelo que reproduce determinadas características geométricas, físicas o funcionales del original. Por ejemplo, en el modelado analógico se estudian fenómenos mecánicos, acústicos, hidrodinámicos y otros utilizando modelos energéticos, ya que el funcionamiento del modelo y el original se describe mediante las mismas ecuaciones diferenciales.
"En el modelado de signos, los modelos son esquemas, dibujos, fórmulas propuestas en un determinado alfabeto (lenguaje natural o artificial), etc." ... El modelado es uno de los métodos importantes de cognición, por lo que pertenece a la categoría epistemológica. Los resultados obtenidos durante el estudio de modelos se pueden transferir al original si el modelo refleja las propiedades del original.
Esta clasificación se basa en el método de reproducción de las propiedades del original en el modelo. Todos los modelos se dividen en dos clases: material e ideal. Los modelos materiales incluyen modelos que existen objetivamente y creados por el hombre para reproducir la estructura y esencia del proceso o fenómeno en estudio.
Para modelos espacialmente similares, un requisito previo es la similitud geométrica con su original, porque reflejan las propiedades espaciales y las relaciones del objeto. Este grupo incluye varios diseños, modelos de dispositivos técnicos, celosías de cristal, etc.
En modelos físicamente similares, la similitud de su naturaleza física con el original y la identidad de las leyes del movimiento son necesarias. Dichos modelos difieren de la naturaleza que muestran solo por un cambio en la escala espacial o temporal. Este grupo incluye modelos operativos de diversos dispositivos técnicos, por ejemplo, motores y generadores eléctricos, barcos, aviones, etc.
Los modelos matemáticamente similares del funcionamiento de los objetos de investigación deben describirse mediante las mismas ecuaciones matemáticas y, como regla, no tienen similitudes físicas y geométricas con el original. Los modelos matemáticos incluyen modelos analógicos, estructurales, digitales y cibernéticos.
Aspectos psicológicos y pedagógicos del aprendizaje informático
En los últimos años, los psicólogos nacionales y extranjeros han prestado atención al papel de las características individuales de los estudiantes en el proceso de aprendizaje. La búsqueda de formas de preservar y desarrollar aún más la individualidad del niño, su potencial, sus habilidades llevó al desarrollo de conceptos de individualización del aprendizaje. Asistencia mediante la individualización en la implementación de los planes de estudio por parte de cada alumno, prevención del fracaso estudiantil; la formación de habilidades y destrezas educativas generales en función de la zona de desarrollo próximo de cada alumno; mejorar la motivación del aprendizaje y desarrollar intereses cognitivos; la formación de cualidades personales: independencia, trabajo duro, creatividad: la esencia de la individualización de la formación. La principal ventaja es que la individualización le permite adaptar completamente el contenido, los métodos y el ritmo de la actividad de aprendizaje del niño a sus características, monitorear sus acciones en cada etapa de la resolución del problema, hacer ajustes oportunos a las actividades del alumno y el maestro, adaptarse ellos a las situaciones en constante cambio, pero controladas por parte del alumno y el docente. Todo esto permite al alumno trabajar económicamente, controlar el gasto de sus fuerzas y lograr mejores resultados.
La tecnología de individualización de la formación cubre todos los vínculos del proceso educativo: objetivos, contenido, métodos y medios. Las características del aprendizaje individualizado son humanistas en su base filosófica; factores de desarrollo: bio, socio y psicógeno; el principio de gestión es el sistema "tutor", el acercamiento al niño es humano y personal, las formas organizativas son académicas, individuales y grupales; el método predominante es programado, autodesarrollado, creativo. Una de las opciones para individualizar el aprendizaje es el desarrollo de ideas de aprendizaje adaptativo. Tiene en cuenta tanto la edad como las características individuales de los estudiantes. La adaptación puede basarse en la información recopilada de la experiencia de aprendizaje de cada alumno o programarse de antemano. Un sistema adaptativo, programado de antemano, suele implementar el entrenamiento según un programa bifurcado, donde, según la naturaleza del error cometido, se indica qué acciones auxiliares se emiten. Los sistemas de entrenamiento adaptativo, por regla general, tienen en cuenta: a) la exactitud de la respuesta, b) las razones que causaron dificultades para completar las tareas educativas.
El desarrollo de la tecnología, el desarrollo de diversos tipos de dispositivos técnicos hacen posible combinar las posibilidades de la tecnología de individualización de la enseñanza con el uso de la tecnología informática moderna.
La formación informática basada en la adaptación flexible y operativa a las características individuales de cada alumno es capaz de prevenir la aparición de malestar psicológico, una disminución de la autoestima, una disminución de la motivación educativa, ya que es capaz de tener en cuenta la individualidad del alumno como tanto como sea posible.
L.V. Shenshev describe tres opciones para el aprendizaje adaptativo. La primera opción es el concepto de máxima adaptabilidad del cibernético inglés G. Pask. La segunda es la teoría de la adaptabilidad parcial del psicólogo estadounidense N. Crowder. El tercero es el concepto de adaptabilidad mínima de B. Skinner. Los autores de las teorías del aprendizaje adaptativo son similares al evaluar las razones de la baja efectividad del aprendizaje tradicional y al elegir eliminar estas razones. Los conceptos de aprendizaje adaptativo imponen ciertos requisitos al proceso educativo:
1. Rápida adaptación a las características individuales de los estudiantes, teniendo en cuenta el ritmo de aprendizaje, diagnosticando las causas de las dificultades, ajustando oportunamente el material educativo.
2. Gestión continua y decidida del ámbito afectivo-motivacional del alumno, estabilización de su condición. 3. Mantener un diálogo continuo, estimulando la actividad del alumno.
4. Automatización de la formación.
El cumplimiento de los requisitos enumerados se puede atribuir más fácilmente al aprendizaje informático, ya que el profesor no es capaz de adaptarse simultáneamente a diferentes estudiantes, mientras que la máquina es imparcial, paciente e incansable.
Los conceptos anteriores de aprendizaje adaptativo se incorporaron rápidamente a la práctica general, dando lugar a un pasatiempo de moda para la enseñanza de dispositivos y programas para computadoras. Aficionados y primitivos en sus capacidades pedagógicas, ignoraron la idea principal de tener en cuenta las características individuales y estabilizar el estado de ánimo emocional positivo de los estudiantes. En relación con esta situación, se cuestiona la eficacia de la formación informática. El caso actual a favor del uso de computadoras refleja los hallazgos de los desarrolladores del aprendizaje adaptativo. Ésta es tanto la importancia de tener en cuenta la dinámica de asimilación, como la automatización de la enseñanza, que permite que el docente no se distraiga con las tareas organizativas.
Análisis del estado del modelado informático en el apartado "Física molecular"
En los capítulos primero y segundo, examinamos los problemas del uso de modelos informáticos en la enseñanza desde el punto de vista de la epistemología, la pedagogía y la psicología, y también determinamos su lugar y funciones. El uso de modelos informáticos en la enseñanza de la física permite mostrar la importancia del modelado como método de conocimiento del mundo circundante, contribuye a la formación del pensamiento abstracto, al desarrollo del interés cognitivo y al dominio de elementos de la cultura de la información. Al mismo tiempo, para aprovechar plenamente ventajas como la posibilidad de aprendizaje individual, la gestión de las actividades educativas, la visibilidad, las propiedades de imitación de los modelos informáticos, es necesario identificar esa rama de la física, el uso del modelado informático en el que dar un efecto didáctico real y determinar las técnicas metodológicas para incluirlo en la lección ...
La dificultad de estudiar el curso "Física molecular y termodinámica" en la escuela secundaria básica es que aquí los estudiantes se enfrentan a una forma cualitativamente nueva de movimiento de la materia: el movimiento térmico, en el que, además de las leyes de la mecánica, las leyes de la estadística. también operan. Además, los experimentos naturales (movimiento browniano, difusión, interacción de moléculas, evaporación, fenómenos superficiales y capilares, humectación) solo confirman la hipótesis de la estructura molecular de la materia, pero no permiten observar el mecanismo de los procesos físicos en curso. Modelos mecánicos: el experimento de Stern, el tablero de Galton, el aparato para demostrar las leyes de los gases nos permite ilustrar la ley de Maxwell de distribución de velocidades moleculares y obtener experimentalmente las relaciones entre presión, volumen y temperatura necesarias para derivar las leyes de los gases. Aumentar la efectividad de la lección puede dar lugar a la ampliación y mejora de la demostración o experimento de laboratorio utilizando una computadora (señalamos la importancia de los modelos informáticos en el estudio de la física en). Estas herramientas de software para realizar un experimento de demostración en el curso escolar de física molecular y termodinámica están disponibles, aunque en pequeñas cantidades. Hemos revisado una serie de trabajos en, y aquí presentamos un análisis de todos los programas informáticos que conocemos utilizados en el estudio de la física molecular y la termodinámica.
El uso de tecnología informática electrónica y electrónica moderna puede mejorar significativamente el diseño y la realización del experimento. El artículo describe el uso de una computadora para demostrar la dependencia de la velocidad de las moléculas de nitrógeno, hidrógeno, argón y aire de la temperatura, el cálculo de los cambios en la energía interna de un cuerpo durante la fusión y cristalización, durante la evaporación y para un estado gaseoso. , así como el uso de una computadora en el procesamiento de los resultados del trabajo de laboratorio.
En el mismo libro, se da una descripción de una lección sobre cómo determinar la eficiencia de una máquina térmica ideal basada en el ciclo de Carnot. Una computadora actuó como modelo del ciclo de Carnot, que implementa mediante programación adiabats e isotermas en la pantalla del monitor, representando gráficamente el ciclo de Carnot.
La técnica de establecer un experimento con el uso de tecnología electrónica e informática es descrita por V.V. Laptev. Utilizó la versatilidad de la señal eléctrica, que no solo contiene la información necesaria, sino que también puede ser procesada por computadoras electrónicas. Por lo tanto, es necesario convertir todas las cantidades no eléctricas que participan en el experimento en eléctricas utilizando convertidores primarios: sensores, en cuya salida aparece una señal eléctrica analógica, generalmente en forma de voltaje eléctrico. V.V. Laptev Se han desarrollado y fabricado con los empleados varios sensores para medir la iluminación, la temperatura y el tiempo. Las señales del sensor se pueden registrar con puntero o dispositivos de medición digitales. Para utilizar equipos informáticos electrónicos digitales en el procesamiento de los resultados del experimento, es necesario convertir la señal analógica en digital mediante un convertidor de analógico a digital, utilizando los microcircuitos adecuados para ello. Por lo tanto, el esquema del experimento se ve así: valores medidos - sensores - convertidor de analógico a digital - microcalculadora MK-64 o computadora Yamaha. Este principio se utilizó para construir una instalación de demostración electromecánica universal para estudiar la física de las leyes de los gases en un curso escolar. Los valores de presión, volumen y temperatura medidos en el experimento se fijan, a su vez, en un indicador digital de demostración y se alimentan al bus de datos de la computadora, que muestra gráficos de todas las posibles dependencias entre presión, volumen y temperatura en el pantalla de visualización. Después de trazar los gráficos, los valores numéricos de estas cantidades se ingresan en la RAM de la computadora y se pueden mostrar en la pantalla en forma de una tabla de datos de experimentos y usarse para cálculos cuantitativos. Así, los estudiantes tienen la oportunidad de observar las características cuantitativas y cualitativas de los procesos de gas de manera simultánea.
Tesis sobre el tema:
"El uso de tareas educativas y creativas en la enseñanza del modelado informático para el desarrollo de las habilidades creativas de los estudiantes"
Introducción
Capítulo I.Fundamentos teóricos del desarrollo de las habilidades creativas de los escolares en el proceso de enseñanza del modelado informático.
Capitulo dos. Trabajo experimental sobre el estudio del papel de las tareas educativas y creativas en la enseñanza del modelado informático en el desarrollo de las habilidades creativas de los estudiantes.
Conclusión
Bibliografía
Solicitud
Introducción
El tiempo actual se caracteriza por la introducción masiva de tecnologías de la información en todas las esferas de la vida y las actividades humanas, un cambio en el papel y el lugar de las computadoras personales en la sociedad moderna. Una persona que posee de manera hábil y efectiva la tecnología y la información tiene un nuevo estilo de pensamiento diferente, enfoca de manera diferente la evaluación del problema que ha surgido, a la organización de sus actividades. El creciente papel de la tecnología informática presenta al usuario nuevas oportunidades que pueden afectar su educación, cosmovisión y creatividad.
Nuestro tiempo es un tiempo de cambio, hemos entrado en la sociedad del conocimiento. Los objetivos y valores de la educación han cambiado. Si antes el objetivo era el conocimiento de la materia, ahora el principal valor de la educación es el desarrollo personal. En la etapa actual de desarrollo, la sociedad necesita personas con buen potencial creativo, que sean capaces de tomar decisiones atípicas, que sean capaces de pensar de forma creativa.
Desafortunadamente, la escuela de masas moderna todavía conserva un enfoque no creativo para la asimilación del conocimiento. La repetición monótona y estereotipada de las mismas acciones mata el interés por aprender. Los niños se ven privados de la alegría del descubrimiento y pueden perder gradualmente la capacidad de ser creativos. Uno de los principales problemas de la educación moderna es la escasa iniciativa creativa de los estudiantes. La inmensa mayoría de los escolares muestra una total incapacidad para resolver problemas que no tienen algoritmos de solución estándar. La tarea de la escuela moderna es el desarrollo y la aplicación de técnicas especiales destinadas al desarrollo de habilidades creativas.
El análisis y sistematización de diversos aspectos de la formación y desarrollo de las habilidades creativas están dedicados a los trabajos de D.B. Bogoyavlenskaya, L.S. Vygotsky, V.N. Druzhinin, N.S. Leites, A.N. Luka, yo. Ya. Ponomareva, S.L. Rubinstein, B.M. Teplova, V.D. Shadrikov y otros.
El éxito del desarrollo intelectual de un estudiante se logra principalmente en el aula, donde el grado de interés de los estudiantes en el aprendizaje, el nivel de conocimiento y la disposición para la autoeducación constante dependen de la capacidad del maestro para organizar la actividad cognitiva sistemática. su desarrollo intelectual.
Muchos científicos - A.I. Bochkin, V.A. Dalinger, G.G. Vorobiev, V.G. Kinelev, K.K. Colin et al.Hay varias razones para esto. Primero, la informática es una ciencia fundamental y compleja que cubre todas las esferas de la actividad humana. En segundo lugar, la informática, en un sentido estricto, es la ciencia de cómo se utilizan las computadoras y los sistemas de telecomunicaciones en la actividad humana, que, a su vez, puede desempeñar el papel de un medio eficaz para desarrollar las habilidades creativas de los estudiantes.
Nuestro trabajo de investigación tiene como objetivo estudiar la influencia de las tareas educativas y creativas en la enseñanza del modelado informático en las lecciones de informática sobre el desarrollo de las habilidades creativas de los escolares.
El trabajo de V.K. Beloshapki, S.A. Beshenkova, I. V. Galygina, A.G. Hein, A.V. Goryacheva, T.B. Zakharova, I.I. Zubko, A.A. Kuznetsova, B. C. Ledneva, A. S. Lesnevsky, V.P. Linkova, N.V. Makarova, N.V. Matveeva, E.A. Rakitina, Yu.F. Titova, E.K. Henner, A.P. Shestakova, M.I. Shutikova y otros autores.
Formación de una idea del área temática en la mente del estudiante, asociada a la organización de sus actividades de información para analizar el área temática y la formación o uso de un sistema de conceptos para describir el área temática. Por tanto, podemos decir que el aprendizaje se está "construyendo en la cabeza" de los modelos de información del alumno del área temática estudiada. Por lo tanto, el modelado es de particular importancia en la pedagogía, como método de cognición del mundo que nos rodea, los procesos de información que ocurren en la naturaleza y la sociedad, y el estudio del modelado lógico de la información en el curso escolar de informática como instrumento de cognición. un medio de enseñanza y un objeto de estudio adquieren cada vez más importancia. Esto requiere estudiar el problema de la información y el modelado lógico de la información en el proceso de aprendizaje.
Una de las formas de desarrollar las habilidades creativas de los estudiantes es la idea de utilizar problemas educativos y creativos y resolverlos con la ayuda de una computadora. Al resolver este tipo de problemas, se produce un acto de creatividad, se encuentra un nuevo camino o se crea algo nuevo. Aquí es donde se requieren cualidades especiales de la mente, como la observación, la capacidad de comparar y analizar, de encontrar conexiones y dependencias, todo eso en conjunto constituyen habilidades creativas.
Resolver tareas educativas y creativas con contenido de orientación profesional no solo es un medio para realizar conexiones intersubjetivas, sino también un enfoque metodológico que le permite demostrar la importancia de la tecnología de la información, tanto en el mundo moderno como en futuras actividades profesionales específicas. Y dado que tales problemas se resuelven con la ayuda de una computadora, existe un interés creciente en el estudio de la tecnología de la información no solo como una herramienta que permite realizar los cálculos necesarios, sino también como un medio para modelar la producción real y otros. Procesos.
Objeto de estudio: desarrollo de las habilidades creativas de los estudiantes.
Tema de estudio: desarrollo de las habilidades creativas de los estudiantes en el proceso de enseñanza del modelado informático.
Propósito del estudio: explorar las posibilidades de desarrollar las habilidades creativas de los estudiantes en la enseñanza del modelado informático utilizando tareas educativas y creativas en el curso de informática de la escuela.
Para lograr el objetivo del estudio, se planea resolver lo siguiente Tareas :
Revelar la esencia de las habilidades creativas de los escolares;
Determinar el lugar y el significado, las metas y los objetivos de la enseñanza del modelado por computadora;
Estudie la lista de conocimientos y conceptos básicos de modelado por computadora, revele su esencia;
Ampliar el papel del uso de tareas educativas y creativas en la enseñanza del modelado en el desarrollo de habilidades creativas;
Verificar experimentalmente la efectividad de la aplicación de tareas creativas de modelado informático para el desarrollo de las habilidades creativas de los estudiantes;
Analizar y sacar conclusiones sobre investigaciones teóricas y verificación experimental de la efectividad del desarrollo de las habilidades creativas de los estudiantes al utilizar tareas creativas de modelado informático.
Como Hipótesis de investigación Se sugirió que uno de los factores más importantes en el desarrollo de las habilidades creativas de los estudiantes es el uso de tareas educativas y creativas.
Para resolver las tareas establecidas y probar la hipótesis, un conjunto de Métodos de búsqueda :
creatividad de simulación por computadora
Teórico: análisis de literatura psicológica y pedagógica, científica y metodológica, educativa, materiales de publicaciones periódicas y documentos normativos;
Diagnóstico (pruebas de estudiantes);
Experimentar.
La estructura de nuestro trabajo de investigación:
El trabajo consta de una introducción, 2 capítulos, una conclusión, una lista de literatura usada y un apéndice.
La introducción fundamenta la relevancia del tema de este trabajo.
El primer capítulo examina los fundamentos teóricos del desarrollo de las habilidades creativas de los escolares en el proceso de enseñanza del modelado informático.
El segundo capítulo describe el trabajo experimental en el estudio del papel de las tareas educativas y creativas en la enseñanza del modelado informático en el desarrollo de las habilidades creativas de los estudiantes, se dan desarrollos metodológicos.
En la conclusión se da a conocer el significado teórico y práctico de los resultados obtenidos.
Capítulo I.Fundamentos teóricos del desarrollo de las habilidades creativas de los escolares en el proceso de enseñanza del modelado informático.
1.1 Creatividad y creatividad
El problema de la creatividad se ha vuelto tan urgente en estos días que se considera legítimamente el "problema del siglo". La creatividad está lejos de ser un nuevo tema de investigación. Siempre ha interesado a pensadores de todas las épocas y ha evocado el deseo de crear una "teoría de la creatividad".
Creación se interpreta como un fenómeno sociohistórico que surge y se desarrolla en el proceso de interacción entre un sujeto y un objeto a partir de la práctica social. Desde el punto de vista de la filosofía, la creatividad es la actividad de las personas que transforma el mundo natural y social de acuerdo con las metas y necesidades de una persona sobre la base de las leyes objetivas de la actividad.
La creatividad se entiende como una actividad destinada a crear cosas esencialmente nuevas; como proceso incluido en la formulación y solución de problemas, tareas atípicas; como una forma de conocimiento de la realidad, etc. ...
Los tipos de creatividad son de naturaleza muy diferente: son creatividad artística, científica, técnica y pedagógica. Siguiendo a L.S. Vygotsky, quien definió la "creatividad de las relaciones sociales", es decir, "Capacidad creativa para una orientación social rápida y hábil", podemos distinguir la creatividad comunicativa y adaptativa.
La creatividad es pensar en su forma más elevada, que va más allá de lo conocido, así como actividad que genera algo cualitativamente nuevo. Esto último incluye la formulación o selección de un problema, la búsqueda de condiciones y una forma de resolverlo y, como resultado, la creación de uno nuevo.
La creatividad puede darse en cualquier área de la actividad humana: científica, técnica de producción, artística, política y otras.
La creatividad es un fenómeno relacionado principalmente con temas específicos y asociado con las características de la psique humana, las leyes de la actividad nerviosa superior, el trabajo mental.
Psicológicamente, creatividad es un conjunto de aquellos componentes de la actividad del sujeto, que para este sujeto son portadores de ideas cualitativamente nuevas.
Aplicado al proceso de aprendizaje La creatividad debe definirse como una forma de actividad humana destinada a crear valores que sean cualitativamente nuevos para él y tengan un significado social, es decir. importante para la formación de la personalidad como sujeto social.
Debajo actividad creativa entendemos tal actividad humana, como resultado de lo cual se crea algo nuevo, ya sea un objeto del mundo externo o una construcción del pensamiento que conduce a un nuevo conocimiento sobre el mundo, o un sentimiento que refleja una nueva actitud hacia la realidad.
Esta es una forma de actividad humana o colectiva: la creación de una cualitativamente nueva que nunca ha existido antes. Un estímulo a la actividad creativa es una situación problemática que no se puede resolver con los métodos tradicionales. El producto original de la actividad se obtiene como resultado de la formulación de una hipótesis no estándar, la discreción de interconexiones no tradicionales de los elementos de una situación problema, etc.
Los requisitos previos para la actividad creativa son la flexibilidad de pensamiento, la criticidad, la capacidad de converger conceptos, la integridad de la percepción y otros.
La actividad creativa es una herramienta para el desarrollo de habilidades creativas. ya que realizando tareas creativas en particular y realizando actividad creativa en general, el sujeto utiliza sus habilidades para resolver un problema y, por tanto, las desarrolla en el transcurso de la resolución.
Los ingredientes de la creatividad son inherentes a cualquier persona. Necesita poder revelarlos y desarrollarlos.
La creatividad va desde el talento grande y extravagante hasta lo modesto y sutil, pero la esencia del proceso creativo es la misma para todos. La diferencia radica en el material específico de la creatividad, la escala de logros y su significado social.
Investigando la naturaleza de la creatividad, los científicos han propuesto llamar creatividad a la capacidad correspondiente a la actividad creativa.
Creatividad ( desde lat. creatio - creación): la capacidad general para ser creativo, caracteriza a la personalidad en su conjunto, se manifiesta en varias esferas de actividad, se considera un factor relativamente independiente de superdotación.
La creatividad es una habilidad integradora que incorpora sistemas de habilidades interconectadas: elementos. Por ejemplo, las habilidades creativas son imaginación, asociatividad, fantasía, soñar despierto.
El ímpetu para resaltar la creatividad fueron los datos sobre la falta de conexión entre las pruebas tradicionales de inteligencia y el éxito en la resolución de situaciones problemáticas.
Se reconoció que esta última (creatividad) depende de la capacidad de utilizar la información dada en las tareas de diferentes maneras a un ritmo rápido. Esta habilidad se llamó creatividad y comenzó a estudiarse independientemente de la inteligencia, como una habilidad que refleja la propiedad de un individuo para crear nuevos conceptos y formar nuevas habilidades. La creatividad está asociada con los logros creativos de un individuo.
Desde el punto de vista de la actividad, la creatividad puede manifestarse de diferentes maneras: tanto a nivel de una personalidad integral (creatividad científica, artística, pedagógica), como componentes individuales de la actividad cognitiva - en el curso de la resolución de problemas creativos, participando en proyectos. etc. Pero siempre puede encontrar una manifestación de la capacidad de establecer a primera vista conexiones y relaciones inesperadas, cuando una persona creativa construye de forma independiente un sistema de relaciones con el sujeto y el entorno social. Y esto es lo que debe considerarse lo más importante en el proceso creativo, sin negar, no obstante, la trascendencia del resultado final. Así, en términos pedagógicos, lo principal en la creatividad es que el alumno en el curso de la actividad creativa cognitiva se da cuenta de su significado como "transformador del mundo", descubridor de uno nuevo, realizándose como persona. Y donde el docente logró esto, podemos hablar de la formación de una actitud reflexiva hacia la creatividad, que también implica la presencia del propio punto de vista, cierta valentía e independencia en la toma de decisiones.
La creatividad es una fusión de muchas cualidades. Y la cuestión de los componentes de la creatividad humana sigue abierta, aunque de momento existen varias hipótesis sobre esta problemática.
El conocido investigador ruso del problema de la creatividad A.N. Onion, basada en las biografías de destacados científicos, inventores, artistas y músicos, distingue lo siguiente Habilidades creativas :
1. Capacidad para ver el problema donde otros no lo ven.
2. La capacidad de restringir las operaciones mentales, reemplazando varios conceptos por uno y utilizando símbolos cada vez más informativos.
3. Capacidad para aplicar las habilidades adquiridas en la resolución de un problema a la resolución de otro.
4. La capacidad de percibir la realidad como un todo, sin dividirla en partes.
5. Capacidad para asociar fácilmente conceptos distantes.
6. La capacidad de la memoria para dar la información correcta en el momento adecuado.
7. Flexibilidad de pensamiento.
8. Capacidad para elegir una de las alternativas para solucionar un problema antes de comprobarlo.
9. Capacidad para incorporar información recién percibida en los sistemas de conocimiento existentes.
10. La capacidad de ver las cosas como son, de distinguir lo observado de lo que introduce la interpretación.
11. Facilidad para generar ideas.
12. Imaginación creativa.
13. Capacidad para refinar detalles, para mejorar el concepto original.
Candidatos de ciencias psicológicas V.T. Kudryavtsev y V.S. Sinelnikov, basado en un amplio material histórico y cultural (historia de la filosofía, ciencias sociales, arte, esferas individuales de práctica) identificó lo siguiente creatividad universal desarrollado en el curso de la historia humana:
1. Realismo de la imaginación: captación figurativa de alguna tendencia o patrón general esencial de desarrollo de un objeto integral, antes de que una persona tenga un concepto claro del mismo y pueda inscribirlo en un sistema de categorías lógicas estrictas.
2. Habilidad de ver el todo antes que las partes.
3. La naturaleza sobre-situacional-transformadora de las soluciones creativas: la capacidad, al resolver un problema, no solo de elegir entre las alternativas impuestas desde el exterior, sino de crear de forma independiente una alternativa.
4. Experimentación: la capacidad de crear consciente y deliberadamente condiciones en las que los objetos revelen de manera más vívida su esencia oculta en situaciones ordinarias, así como la capacidad de rastrear y analizar las características del "comportamiento" de los objetos en estas condiciones.
Los científicos y educadores involucrados en el desarrollo de programas y métodos de educación creativa basados en TRIZ (teoría para resolver problemas inventivos) y ARIZ (algoritmo para resolver problemas inventivos) creen que uno de los componentes de la creatividad una persona se compone de las siguientes habilidades:
1. Capacidad para asumir riesgos.
2. Pensamiento divergente.
3. Flexibilidad para pensar y actuar.
4. La velocidad del pensamiento.
5. Capacidad para expresar ideas originales e inventar nuevas.
6. Rica imaginación.
7. Percepción de la ambigüedad de cosas y fenómenos.
8. Altos valores estéticos.
9. Intuición desarrollada.
Muchos psicólogos asocian la capacidad para la actividad creativa, en primer lugar, con las peculiaridades del pensamiento. En particular, el conocido psicólogo estadounidense J. Guilford, que estudió los problemas de la inteligencia humana, estableció que el llamado pensamiento divergente... Las personas con este tipo de pensamiento, a la hora de resolver un problema, no concentran todos sus esfuerzos en encontrar la única solución correcta, sino que comienzan a buscar soluciones en todas las direcciones posibles con el fin de considerar la mayor cantidad de opciones posibles. Estas personas tienden a formar nuevas combinaciones de elementos que la mayoría de la gente conoce y usa solo de cierta manera, o a formar conexiones entre dos elementos que a primera vista no tienen nada en común. Una forma divergente de pensar está en el corazón del pensamiento creativo.
El pensamiento divergente caracteriza :
· rapidez- capacidad de expresarse el maximo la cantidad de ideas, las formas de resolver un problema en particular, y aquí su cantidad es importante, no la calidad;
· flexibilidad- la capacidad de nominar variado ideas, por ejemplo, relacionadas con el uso de objetos, métodos, etc. (en la prueba más común para comprobar la flexibilidad del pensamiento, se propone idear diferentes formas de utilizar un objeto de uso cotidiano);
· originalidad- la capacidad de generar nuevos no estándar ideas, asociaciones distantes, encuentran respuestas inusuales que difieren de las generalmente aceptadas;
· precisión- capacidad mejorar producto de la creatividad, agregando detalles, lucha por la integridad.
Sin embargo, el éxito de los logros creativos proporciona una combinación especial de dos tipos de pensamiento: divergente y convergente. Sólo con un alto nivel de capacidad para "actuar en la mente", una rica imaginación basada en la experiencia y el conocimiento personal, alta emocionalidad, es posible mostrar un alto nivel de creatividad.
Pensamiento creativo - Pensamiento plástico y original, en el que el sujeto asume muchas decisiones. En los casos en que una persona común puede encontrar solo uno o dos, no es difícil que el pensamiento creativo pase de un aspecto del problema a otro, no se limita a un solo punto de vista, genera soluciones inesperadas, no triviales e inusuales. . Tanto la intuición como la lógica son inherentes al mecanismo del pensamiento creativo.
En el proceso de estudio de las habilidades, se reveló el importante papel de la imaginación en la revelación y expansión de las posibilidades creativas.
Imaginación es el proceso de transformación de representaciones que reflejan la realidad, y la creación de nuevas representaciones sobre esta base.
El valor más importante de la imaginación es que le permite imaginar el resultado del trabajo antes de que comience, orientando así a una persona en el proceso de actividad.
La imaginación y la creatividad están estrechamente relacionadas entre sí. La conexión entre ellos, sin embargo, no es de ninguna manera tal que uno pueda partir de la imaginación como una función autosuficiente y derivar la creatividad de ella como un producto de su funcionamiento. El protagonista es la relación inversa; la imaginación se forma en el proceso de la actividad creativa. La especialización de varios tipos de imaginación no es tanto un requisito previo como el resultado del desarrollo de varios tipos de actividad creativa. Por lo tanto, hay tantos tipos específicos de imaginación como tipos específicos y únicos de actividad humana: constructiva, técnica, científica, artística, pictórica, musical, etc. Todos estos tipos de imaginación, que se forman y manifiestan en varios tipos de actividad creativa, constituyen una especie de nivel más alto: imaginación creativa .
La imaginación creadora que surge en el trabajo presupone la creación independiente de imágenes que se materializan en los productos originales y valiosos de la actividad 926, p.65].
En cualquier tipo de actividad, la imaginación creativa está determinada no tanto por lo que una persona pueda concebir, independientemente de los requisitos reales de la realidad, sino por cómo sabe transformar la realidad, cargada de detalles aleatorios e insignificantes.
Por lo tanto, después de analizar los enfoques anteriores para divulgar los conceptos de "creatividad", "creatividad" y la definición de los componentes de las habilidades creativas, podemos concluir que, a pesar de la diferencia en su definición, los investigadores destacan por unanimidad el pensamiento creativo y la imaginación creativa. como componentes esenciales de las habilidades creativas.
1.2 Enseñanza del modelado informático en el curso de informática de la escuela
En nuestro trabajo de investigación, asumimos que lo más efectivo en términos de desarrollar las habilidades creativas de los estudiantes es el material relacionado con el modelado de información. Antes de probar esta hipótesis, consideremos el lugar y la importancia del modelado por computadora, las metas y objetivos de la enseñanza del modelado por computadora y los conceptos formados en la enseñanza del modelado.
1.2.1 El lugar y la importancia del modelado informático en el curso de informática de la escuela
En el mínimo obligatorio de los contenidos de la educación en informática se encuentra la línea "Modelado y formalización", que junto a la línea de información y procesos de información, es la base teórica del curso básico de informática.
No se debe suponer que el tema del modelado es puramente teórico e independiente de todos los demás temas. La mayoría de los apartados del curso básico están directamente relacionados con la modelización, incluyendo temas relacionados con la línea tecnológica del curso. Los editores de texto y gráficos, DBMS, procesadores de hojas de cálculo, presentaciones por computadora deben considerarse como herramientas para trabajar con modelos de información. La algoritmización y la programación también están directamente relacionadas con el modelado. En consecuencia, la línea de modelado es transversal para muchas secciones del curso básico.
Según Beshenkov S.A. y otros temas "Información y procesos de información" y "Formalización y modelado" son temas clave en el curso de la informática. Estos temas combinan temas de cursos tradicionales como "Algoritmos y ejecutores", "Tecnologías de la información", etc. en un solo todo.
Los creadores de los cursos del autor "Informática en juegos y tareas" e "Informática-plus" creen que la tarea principal del curso de informática escolar es la formación y desarrollo de la capacidad de analizar y construir modelos lógicos de información.
Boyarshinov M.G. considera conveniente introducir un curso de modelado informático dentro de la asignatura de informática, cuyo propósito será familiarizar a los estudiantes con los métodos de resolución de problemas de física, química, matemáticas, economía, ecología, medicina, sociología, disciplinas humanitarias, diseño y problemas tecnológicos que utilizan la tecnología informática moderna.
A.A. Kuznetsov, S.A. Beshenkov, E.A. Rakitina Consideramos que los componentes principales del curso de informática, que le confieren un carácter sistémico, son "Procesos de información", "Modelos de información", "Bases de información de la gestión". La solución al problema siempre comienza con el modelado: construir o elegir varios modelos: el modelo del contenido del problema (formalización de condiciones), el modelo del objeto elegido como uno de trabajo para resolver este problema específico, el modelo (método) de la solución y el modelo del proceso de resolución del problema.
Así, el estudio de los procesos de información, como cualquier fenómeno del mundo externo en general, se basa en la metodología de modelado. La especificidad de la informática es que utiliza no solo modelos matemáticos, sino también modelos de todo tipo de formas y tipos (texto, tabla, figura, algoritmo, programa): modelos de información. El concepto de modelo de información le da al curso de ciencias de la computación esa amplia gama de conexiones intersujetos., cuya formación es una de las principales tareas de este curso en la escuela básica. La actividad misma de construir un modelo de información, el modelado de información, es un tipo generalizado de actividad que caracteriza a la ciencia de la información.
Uno de los métodos efectivos para conocer la realidad circundante es el método de modelado, que es una poderosa herramienta analítica que ha absorbido todo el arsenal de las últimas tecnologías de la información.
La naturaleza generalizadora del concepto de "modelado de información" se debe al hecho de que cuando trabajamos con información, siempre tratamos con modelos de información prefabricados (actuamos como su observador) o desarrollamos modelos de información.
El modelado de información no es solo un objeto de estudio en informática, sino también la forma más importante de actividad cognitiva, educativa y práctica. También puede verse como un método de investigación científica y como una actividad independiente.
I. I. Zubko El modelado de información se define como "un nuevo método científico general de conocer los objetos de la realidad circundante (real e ideal), centrado en el uso de una computadora". El modelado se ve como una forma de conocer, por un lado, y como un contenido que debe ser asimilado por los estudiantes, por otro. El autor cree que la enseñanza más eficaz del modelado de información es posible si el método del proyecto se implementa en la práctica, que integra la investigación, el trabajo independiente y creativo en una variedad de formas.
Galygina I.V. considera que la formación en modelización de información es aconsejable que se lleve a cabo sobre la base de los siguientes enfoques:
modelo, según el cual el modelado se considera un instrumento de cognición, un objeto de estudio y un medio de enseñanza;
objeto, que implica la selección y análisis de diferentes tipos de objetos: el objeto de estudio, el modelo de información como nuevo objeto, objetos del lenguaje de modelado utilizado para construir el modelo.
El modelado de información en pedagogía se puede considerar en tres aspectos, como:
una herramienta cognitiva, ya que la adquisición de nuevos conocimientos sobre un objeto real correspondiente a un modelo de información, objetos del lenguaje de modelado utilizado para describir este modelo ocurre en el proceso de construcción e investigación del modelo;
una herramienta de aprendizaje, ya que el proceso de aprendizaje en la mayoría de los casos está asociado al funcionamiento de modelos de información del objeto estudiado, como una descripción verbal, una imagen gráfica,
representación de fórmulas de regularidades, etc.;
el objeto de estudio, ya que el modelo de información puede ser considerado como un objeto de información independiente, con sus características, propiedades, características inherentes.
La principal diferencia entre estos aspectos desde el punto de vista del alumno es que en el primer caso, en el proceso de actividad cognitiva, el propio alumno construye un modelo del objeto estudiado a partir de su propia experiencia, conocimientos y asociaciones. En el segundo caso, se proporciona al alumno un modelo del objeto estudiado, elaborado por el profesor, el autor del libro de texto o el creador de una teoría científica. En este último caso, el conjunto de modelos es el objeto de estudio.
La inclusión en la línea de contenido "Modelado y formalización" del curso básico de informática del módulo "Modelado de información" creará una base sólida para:
uso consciente de modelos de información en actividades educativas;
familiarización de los estudiantes con la metodología de las actividades de investigación científica;
posterior estudio en profundidad del modelado de información en cursos especializados en informática.
Titova Yu.F. cree que la función educativa más importante es el desarrollo del potencial creativo de los estudiantes. La experiencia de la actividad creativa se forma a través de la solución de tareas problemáticas de diferentes direcciones y, en particular, a través de actividades de investigación. El modelado es una de las herramientas de investigación más importantes. El autor ha desarrollado una metodología para la enseñanza del modelado en un curso básico de informática, combinando material teórico, que se basa en un enfoque formalizado para el desarrollo y estudio de modelos, y un conjunto de tareas de investigación que integra conocimientos de diversas áreas educativas. El autor cree que el uso de esta técnica asegurará el desarrollo de una amplia gama de habilidades intelectuales en los estudiantes, tales como abstracción y concretización, generalización, clasificación, análisis y comprensión de los resultados de sus acciones.
1.2.2 Metas y objetivos del modelado y formalización de la enseñanza
Metas y objetivos de la enseñanza de la informática en la escuela básica. se formulan de la siguiente manera:
Adquisición de conocimientos informáticos y competencia inicial en el uso de tecnologías de la información y la comunicación, los modelos informáticos más sencillos en la resolución de problemas educativos y prácticos en la escuela y fuera de ella; Obtener la formación necesaria para utilizar los métodos de la informática y los medios de tecnología de la información en el estudio de las disciplinas académicas de la escuela básica y programas educativos de la etapa posterior de formación, así como para el desarrollo de actividades profesionales demandadas en el mercado laboral. : dominar las habilidades de trabajar con varios tipos de información utilizando una computadora y otros medios de tecnologías de la información, la capacidad de aplicar estas habilidades: buscar, seleccionar, evaluar críticamente, organizar, presentar y transmitir información, planificar y organizar sus propias actividades de información y sus resultados;
Adquirir experiencia en la implementación de proyectos individuales y colectivos relacionados con diversas disciplinas académicas, incluyendo la publicación de revistas escolares, creación de páginas escolares en Internet, museos virtuales de historia local, etc. utilizar tecnologías de la información y la comunicación; uso de información disponible en Internet y en varios medios;
Dominar el sistema de conocimiento relacionado con la imagen informativa del mundo, incluyendo: conceptos básicos necesarios para la formación de ideas específicas sobre procesos, sistemas y tecnologías de información; ideas sobre la generalidad y patrones de los procesos de información en diversos sistemas sociales y tecnológicos, sobre los mecanismos de percepción y procesamiento de la información por parte de los humanos, sistemas tecnológicos y sociales, sobre una civilización de la información moderna;
Conocimiento del uso de las tecnologías de la información y la comunicación como métodos de conocimiento de la naturaleza y la sociedad, observación y registro de fenómenos naturales y sociales, presentación de sus resultados en forma de objetos de información;
Desarrollo de intereses cognitivos, habilidades intelectuales creativas en actividades de información;
Fomentar las normas de comportamiento y actividad necesarias de acuerdo con los requerimientos de la sociedad de la información como etapa natural del desarrollo de la civilización.
No hay duda de que el modelado informático juega un papel importante en el logro de las metas y objetivos de la enseñanza de la informática.
El estándar educativo estatal prevé el estudio de cuestiones relacionadas con el modelado de información, tanto en el curso básico de la escuela básica como en las clases superiores. El programa aproximado del curso de informática recomienda estudiar el tema "Formalización y Modelado" en el 8º grado a nivel de ejemplos de modelado de objetos y procesos. En primer lugar, se supone que utiliza modelos gráficos y tabulares. En los grados superiores, se proporciona una introducción general (teórica) al tema y el estudio de varios tipos de modelos informáticos a nivel de modelos matemáticos ("cálculo"), gráficos, de simulación asociados con sistemas y procesos sociales, biológicos y técnicos. . Los cursos electivos para estudiantes de secundaria son una forma eficaz de estudio avanzado de modelos informáticos.
Conceptos básicos, el cual debe ser asimilado por los estudiantes luego de cursar el apartado "Formalización y Programación":
Objeto, modelo, modelado; formalización; modelo de información; tecnología de la información para la resolución de problemas; experimento de computadora.
Al final de la sección, los estudiantes deben saber :
· Sobre la existencia de muchos modelos para un mismo objeto;
· Etapas de la tecnología de la información para la resolución de problemas utilizando una computadora.
los estudiantes deben ser capaz de :
· Dar ejemplos de modelado y formalización;
· Dar ejemplos de una descripción formalizada de objetos y procesos;
· Dar ejemplos de sistemas y sus modelos.
· Construya y explore los modelos de información más simples en una computadora.
V un programa de muestra en informática y tecnología de la información, compilado sobre la base del componente federal del estándar estatal de educación general básica para la línea de contenido " Formalización y modelización "se imparte en 8 horas. Se supone que se estudian los siguientes temas:
Formalización de la descripción de objetos y procesos reales, ejemplos de modelado de objetos y procesos, incluido el modelado informático. Modelos controlados por computadora.
Tipos de modelos de información. Planos. Gráficos 2D y 3D.
Diagramas, planos, mapas.
Mesa como herramienta de modelado.
- Modelo cibernético de control: control, retroalimentación.
Trabajo practico:
1. Montaje y realización de un experimento en un laboratorio informático virtual.
2. Construyendo un árbol genealógico de la familia.
3. Creación de un diagrama y dibujo en el sistema de diseño asistido por ordenador.
4. Construcción e investigación de un modelo informático que analiza los resultados de mediciones y observaciones mediante un sistema de programación.
5. Construcción e investigación de un modelo informático que analiza los resultados de mediciones y observaciones mediante tablas dinámicas.
6. Construcción e investigación de un modelo de geoinformación en hojas de cálculo o un sistema de geoinformación especializado.
En base a esto, es posible la siguiente división de la línea "Formalización y modelado" en temas:
· Un objeto. Clasificación de objetos. Modelos de objetos. 2 h
· Clasificación de modelos. Las principales etapas del modelado. 2 h
· Exposición formal e informal del problema.
· Principios básicos de formalización. 2 h
· El concepto de tecnología de la información para la resolución de problemas.
· Construcción de un modelo de información. 2 h
Tareas didácticas resueltas en el curso de estudio de modelado de información.
La solución de las tareas enumeradas a continuación permite tener un impacto significativo en el desarrollo general y formación de la cosmovisión de los estudiantes, para integrar conocimientos sobre diferentes disciplinas, para trabajar con programas informáticos a un nivel más profesional.
Desarrollo general y formación de la cosmovisión de los estudiantes.
Al enseñar el modelado de información, se debe realizar una función de desarrollo, los estudiantes continúan familiarizándose con otro método para conocer la realidad circundante: el método de modelado por computadora. En el curso del trabajo con modelos de computadora, se adquieren nuevos conocimientos, habilidades y habilidades. Alguna información obtenida previamente se concretiza y sistematiza, vista desde otro ángulo.
Dominar el modelado como método cognitivo.
Se debe hacer especial hincapié en el desarrollo de un enfoque metodológico general para la construcción de modelos informáticos y trabajar con ellos. Necesario:
Demostrar que el modelado en cualquier área de especialización tiene similitudes. a menudo es posible obtener modelos muy similares para diferentes procesos;
2. destacar las ventajas y desventajas de un experimento informático en comparación con un experimento a gran escala;
3. mostrar que tanto un modelo abstracto como una computadora representan la capacidad de conocer el mundo que lo rodea y, a veces, controlarlo en interés de una persona.
Desarrollo de habilidades prácticas en modelado informático.
Utilizando el ejemplo de una serie de modelos de diversos campos de la ciencia y la práctica, es necesario trazar todas las etapas del modelado informático desde el estudio del área temática simulada y la formulación del problema hasta la interpretación de los resultados obtenidos en el estudio. Curso de un experimento informático, para mostrar la importancia y necesidad de cada enlace. Al resolver problemas específicos, es necesario resaltar y enfatizar las etapas correspondientes de trabajo con el modelo. La solución a este problema presupone la formación paso a paso de habilidades prácticas de modelado, para lo cual se utilizan tareas educativas con un nivel de complejidad gradualmente creciente y trabajo de laboratorio informático.
Promoción de la orientación profesional y desarrollo del potencial creativo de los estudiantes.
Los estudiantes de la etapa superior de la escuela se enfrentan al problema de elegir una futura profesión. La realización de un curso de modelado informático permite identificar a aquellos de ellos que tienen la capacidad e inclinación para las actividades de investigación. Las habilidades de investigación de los estudiantes deben desarrollarse de varias maneras, a lo largo del curso, debe mantenerse el interés en realizar experimentos informáticos con varios modelos y deben ofrecerse tareas de mayor complejidad para completar. Así, el desarrollo del potencial creativo de los estudiantes y la orientación profesional es uno de los objetivos del curso.
Superación de la disociación de sujetos, integración de conocimientos.
En el marco del curso de formación, es recomendable considerar modelos de diversos campos de la ciencia, lo que hace que el curso esté parcialmente integrado. Para comprender la esencia del fenómeno en estudio, para interpretar correctamente los resultados obtenidos, es necesario no solo dominar las técnicas de modelado, sino también navegar por el área de conocimiento donde se lleva a cabo la investigación del modelo. La implementación de conexiones interdisciplinarias en un curso de este tipo no solo se declara, como a veces ocurre en otras disciplinas, sino que a menudo es la base para dominar el material educativo.
Desarrollo y profesionalización de habilidades informáticas.
Los estudiantes tienen la tarea no solo de realizar el modelo propuesto en una computadora, sino también de manera más clara, en una forma accesible, para mostrar los resultados obtenidos. La construcción de gráficos, diagramas, objetos dinámicos puede ayudar aquí, los elementos de animación también son útiles. El programa debe tener una interfaz adecuada, dialogar con el usuario. Todo esto presupone requisitos adicionales de conocimientos y habilidades en el campo de los algoritmos y la programación, les introduce a un estudio más completo de las posibilidades de los paradigmas y sistemas de programación modernos.
1.2.3 Formación de conceptos básicos en la enseñanza del modelado informático
En la etapa actual del desarrollo humano, es imposible encontrar un área de conocimiento en la que los modelos no se utilicen en un grado u otro. Las ciencias, en las que la apelación a la investigación de modelos se ha vuelto sistemática, ya no dependen únicamente de la intuición del investigador, sino que desarrollan teorías especiales que revelan las leyes de la relación entre el original y el modelo.
La historia del modelaje se remonta a miles de años. La persona apreció temprano y usó a menudo el método de las analogías en la práctica. La simulación ha recorrido un largo camino, desde la analogía intuitiva hasta un método estrictamente científico.
Antes de comenzar a enseñar el modelado, es necesario centrar la atención de los estudiantes en la relevancia de lo que se está estudiando: una persona ha estado utilizando durante mucho tiempo el modelado para estudiar objetos, procesos, fenómenos en varios campos. Los resultados de estos estudios sirven para determinar y mejorar las características de objetos y procesos reales; comprender la esencia de los fenómenos y desarrollar la capacidad de adaptarlos o gestionarlos; para la construcción de nuevos objetos o la modernización de los antiguos. El modelado ayuda a una persona a tomar decisiones informadas y bien consideradas, para anticipar las consecuencias de sus actividades. Gracias a las computadoras, no solo se amplía significativamente el alcance del modelado, sino que también se proporciona un análisis integral de los resultados obtenidos.
A lo largo de la sección de Formalización y modelado, los estudiantes se familiarizan con los conceptos básicos. Los estudiantes deben comprender qué es un modelo y qué tipos de modelos son. Esto es necesario para que, al realizar la investigación, los estudiantes puedan elegir y utilizar eficazmente el entorno de software y las herramientas adecuadas para cada modelo.
El estudio de la sección avanza en espiral: comienza con el concepto de "objeto".
Un objeto es una determinada parte del mundo que nos rodea, que puede considerarse como un todo.
Propiedades del objeto: un conjunto de características de un objeto, por el cual se puede distinguir de otros objetos.
Después de la sistematización de los conceptos asociados con el objeto, hay una transición suave a los conceptos de modelo, modelado, clasificación de modelos.
Los términos "modelo", "modelado" están inextricablemente vinculados, por lo que es aconsejable discutirlos al mismo tiempo.
La palabra "modelo" proviene de la palabra latina modelio, que significa medida, imagen, método, etc. Su significado original estaba asociado con el arte de la construcción, y en casi todos los idiomas europeos se usaba para denotar una imagen, un prototipo o una cosa, similar en algún aspecto a otra.
En el diccionario explicativo "Informática" se entiende por modelo "un objeto o proceso físico real, una construcción teórica, una imagen de información que representa cualesquiera propiedades del objeto, proceso o fenómeno en estudio".
En la literatura filosófica, se pueden encontrar definiciones que tienen un significado cercano, que se generalizan de la siguiente manera: "Un modelo se utiliza en el desarrollo de una teoría de un objeto en el caso en que su seguimiento directo no es posible debido a las limitaciones de el nivel actual de conocimiento y práctica. Los datos sobre un objeto de interés directo para el investigador se obtienen mediante el estudio de otro objeto, que se combina con la primera comunidad de características que determinan las especificidades cualitativas y cuantitativas de ambos objetos ".
En una definición similar, V.A. Shtoff, tal características del modelo:
· Es un sistema imaginado mentalmente o materialmente realizable;
· Reproduce o exhibe el objeto de investigación;
· Es capaz de reemplazar objetos;
· Su estudio aporta nueva información sobre el objeto.
AI. Lo más destacado de Uemov características generalizadas del modelo :
1. Un modelo no puede existir aislado, porque siempre está asociado con el original, es decir, ese sistema material o ideal que reemplaza en el proceso de cognición.
2. El modelo no solo debe ser similar al original, sino también diferente de él, y el modelo refleja aquellas propiedades y relaciones del original que son esenciales para la persona que lo usa.
3. El modelo tiene un propósito específico.
Por lo tanto, modelo- es una imagen simplificada (en un sentido u otro) del original, indisolublemente ligada a él, que refleja las propiedades, conexiones y relaciones esenciales del original; un sistema, cuyo estudio sirve como herramienta, un medio para obtener información nueva y (o) confirmar existente sobre otro sistema.
El concepto de modelo se refiere a conceptos científicos generales fundamentales, y el modelado es un método para conocer la realidad utilizado por diversas ciencias.
Modelado: construcción de modelos para estudiar objetos, procesos, fenómenos.
Objeto de simulación- un concepto amplio que incluye objetos de naturaleza animada o inanimada, procesos y fenómenos de la realidad. El modelo en sí puede ser un objeto físico o ideal. Los primeros se denominan modelos a escala real, los segundos se denominan modelos de información. Por ejemplo, un modelo de edificio es un modelo a escala real de un edificio, y un dibujo del mismo edificio es su modelo de información presentado en forma gráfica (modelo gráfico).
Clasificación de modelos de información puede basarse en diferentes principios. Si los clasificamos según la tecnología dominante en el proceso de modelado, entonces podemos distinguir modelos matemáticos, modelos gráficos, modelos de simulación, modelos tabulares, modelos estadísticos, etc., sistemas y procesos (biológicos), modelos de procesos de planificación económica óptima, modelos de actividades educativas, modelos de conocimiento, etc. Las cuestiones de clasificación son importantes para la ciencia, porque le permiten formarse una visión sistemática del problema, pero no se debe sobrestimar su importancia. Los diferentes enfoques para clasificar modelos pueden ser igualmente útiles. Además, un modelo específico no siempre puede atribuirse a una clase, incluso si nos limitamos a la lista anterior.
Material (escala completa) y modelos de información.
Según el método de presentación, los modelos se dividen en material e informativo (ver. Esquema 2).
De lo contrario, los modelos materiales pueden denominarse objetivos o físicos. Reproducen las propiedades geométricas del original y tienen una encarnación real.
Ejemplos de modelos de materiales:
1. Juguetes para niños (muñecas - un modelo de un niño, juguetes de animales blandos - un modelo de animales vivos, coches - un modelo de coches reales, etc.).
2. Globo - un modelo del planeta Tierra.
3. Ayudas escolares (esqueleto humano: un modelo de un esqueleto real, un modelo de un átomo de oxígeno, etc.)
4. Experimentos físicos y químicos.
Los modelos de información no se pueden tocar ni ver, no tienen encarnación material, porque están construidos solo sobre información.
Modelo de información: conjunto de información que caracteriza las propiedades y estados de un objeto, proceso, fenómeno, así como la relación con el mundo exterior.
Los modelos de información incluyen modelos verbales y de signos.
El modelo verbal es un modelo informativo en forma mental o hablada.
Ejemplos de patrones verbales:
1. Modelo de comportamiento humano al cruzar la calle. Una persona analiza la situación en la carretera (señales de tráfico, la presencia y velocidad de los automóviles y desarrolla un modelo de su movimiento)
2. La idea del inventor: el modelo de la invención.
3. Un tema musical que pasó por la cabeza del compositor: un modelo de una futura pieza musical.
Modelo de signos: un modelo de información expresado por signos especiales, es decir por medio de cualquier lenguaje formal.
Ejemplos de modelos icónicos:
1. Dibujo de muebles de cocina: un modelo de muebles para la cocina.
2. Esquema del metro de Moscú: un modelo del metro de Moscú.
3. El gráfico de variaciones del tipo de cambio del euro es un modelo de crecimiento (depreciación) del tipo de cambio del euro.
Los modelos verbales y de signos suelen estar interconectados. Una imagen mental (por ejemplo, un camino a una determinada dirección) se puede revestir de forma simbólica, por ejemplo, en un diagrama. Por el contrario, el modelo de signos ayuda a formar la imagen mental correcta en la mente.
Según el método de implementación, los modelos de signos informativos se dividen en informáticos y no informáticos.
Los modelos de información se utilizan en estudios teóricos de modelado de objetos. Hoy en día, la principal herramienta para el modelado de información es la tecnología informática y la tecnología de la información.
Un modelo informático es un modelo implementado mediante un entorno de software.
Modelado por computadora incluye el progreso del realismo del modelo de información en una computadora y el estudio con la ayuda de este modelo del objeto de modelado: un experimento computacional.
Es conveniente implementar modelado gráfico, tabular y matemático por medio de una computadora. Para ello, en la actualidad existen diversas herramientas de software: sistemas de programación (SP), tablas electrónicas (ET), paquetes matemáticos (MP), sistemas de gestión de bases de datos (DBMS), editores gráficos (GR), etc.
Formalización.
El área temática de la informática incluye herramientas y métodos de modelado informático. Un modelo informático solo puede crearse sobre la base de un modelo de información bien formalizado. ¿Qué es la formalización?
Formalización de información acerca de un determinado objeto es su reflejo en una determinada forma. También puedes decir esto: la formalización es la reducción del contenido a la forma. Las fórmulas que describen procesos físicos son la formalización de estos procesos. El circuito de radio de un dispositivo electrónico es una formalización del funcionamiento de este dispositivo. Las notas escritas en una partitura son la formalización de la música, etc.
Un modelo de información formalizado es un determinado conjunto de signos (símbolos) que existen por separado del objeto de modelado y pueden transmitirse y procesarse. La implementación de un modelo de información en una computadora se reduce a su formalización en formatos de datos que una computadora puede "manejar".
Pero podemos hablar del otro lado de la formalización aplicada a una computadora. Un programa en un determinado lenguaje de programación es una representación formal del proceso de procesamiento de datos. Esto no contradice la definición anterior de un modelo de información formalizado como un conjunto de signos, ya que un programa de máquina tiene una representación de signos. Un programa de computadora es un modelo de actividad humana en el procesamiento de información, reducido a una secuencia de operaciones elementales que puede realizar un procesador de computadora. Por tanto, la programación informática es la formalización del proceso de procesamiento de la información. Y la computadora actúa como ejecutor formal del programa.
Etapas de modelado de información
En el proceso de modelado, se distinguen 4 etapas (ver. Esquema 3):
1. Exposición del problema.
2. Desarrollo del modelo.
3. Experimento informático.
4. Análisis de los resultados de la simulación.
 |
Formulación del problema
Descripción de la tarea
La tarea (o problema) está formulado en lenguaje corriente y la descripción debe ser clara. Lo principal en esta etapa es definir el objeto de modelado y comprender cuál debería ser el resultado.
Formulación del objetivo de la simulación
Los objetivos de modelado pueden ser:
Conocimiento del mundo circundante;
Creación de objetos con propiedades especificadas (este objetivo corresponde a la formulación del problema "cómo hacer para ...");
Determinación de las consecuencias del impacto en el objeto y toma de la decisión correcta (este objetivo corresponde al enunciado del problema "qué pasará si ...");
Determinación de la eficacia de la gestión de objetos (procesos).
Análisis de objetos
En esta etapa, a partir de la formulación general del problema, se identifica claramente el objeto modelado y sus principales propiedades. Dado que en la mayoría de los casos el objeto original es un conjunto de componentes más pequeños que están en alguna interconexión, el análisis del objeto implicará la descomposición (desmembramiento) del objeto para identificar los componentes y la naturaleza de las conexiones entre ellos.
2. Modelo de desarrollo
Modelo de información
En esta etapa, se revelan las propiedades, estados y otras características de los objetos elementales, se forma una idea de los objetos elementales que componen el objeto original, es decir. modelo de información.
Modelo icónico
El modelo de información, por regla general, se presenta en una u otra forma simbólica, que puede ser informática o no informática.
Modelo de computadora
Existe una gran cantidad de sistemas de software que permiten la investigación (modelado) de modelos de información. Cada entorno tiene sus propias herramientas y le permite trabajar con cierto tipo de objetos de información, lo que provoca el problema de elegir el entorno más conveniente y efectivo para resolver el problema.
3. Experimento informático
Plan de simulación
El plan de modelado debe reflejar la secuencia de trabajo con el modelo. El desarrollo de pruebas y las pruebas de modelos deben ser los primeros elementos de este plan.
Pruebas- el proceso de verificación de la corrección del modelo.
Prueba- un conjunto de datos iniciales cuyo resultado se conoce de antemano.
Si los valores de la prueba no coinciden, es necesario buscar y eliminar la causa.
Tecnología de modelado
Tecnología de simulación- un conjunto de acciones intencionadas del usuario sobre el modelo informático.
4. Análisis de resultados de simulación
El objetivo final de la modelización es la toma de decisiones, que debe desarrollarse sobre la base de un análisis exhaustivo de los resultados obtenidos. Esta etapa es decisiva: o la investigación continúa (regresa a 2 o 3 etapas) o termina.
Los resultados de prueba y experimentación son la base para desarrollar una solución. Si los resultados no se corresponden con los objetivos de la tarea, se cometieron errores en las etapas anteriores. Esto puede ser una construcción demasiado simplificada de un modelo de información, o una elección fallida de un método o entorno para modelar, o una violación de las técnicas tecnológicas al construir un modelo. Si se encuentran tales errores, entonces el modelo debe editarse, es decir, volver a una de las etapas anteriores. El proceso continúa hasta que los resultados de la simulación cumplen los objetivos de la simulación.
Al resolver un problema específico, algunas de las etapas se pueden excluir o mejorar, algunas agregadas.
1.3 Desarrollo de las habilidades creativas de los estudiantes al utilizar tareas educativas y creativas de modelado informático.
La lista de objetivos, cuyo logro se asegura mediante la enseñanza de la informática en la etapa de educación general básica, indica el desarrollo de habilidades creativas por medio de las TIC. Si nos fijamos en los objetivos de la enseñanza de la informática y las tecnologías de la información en la etapa de educación secundaria (completa), veremos que aquí, además de las herramientas TIC, se asume el desarrollo de habilidades creativas a través del desarrollo y uso de la informática. métodos científicos. En nuestra opinión, es el modelado y la formalización los que son en mayor medida aquellos métodos de la informática, cuyo desarrollo y uso, en combinación con su implementación mediante las TIC, conducirá a un aumento en el nivel de desarrollo de las habilidades creativas. .
El modelado es un proceso creativo, por lo tanto, la enseñanza de este tema tiene amplias oportunidades para desarrollar las habilidades creativas de los estudiantes. Consideremos algunos aspectos de la enseñanza del modelado en un curso de informática en una escuela.
Según M.P. Lapchik y otros El tema "Las principales etapas del modelado por computadora" debe estudiarse en cursos especializados enfocados en el modelado. Los mismos autores señalan que al estudiar la línea "Modelado y formalización" en el curso básico, el alumno debe ser capaz de "realizar en casos simples un análisis del sistema de un objeto (formalización) para construir su modelo de información" y " realizar un experimento computacional en el modelo matemático más simple ". Estas habilidades son una parte integral de un proceso de modelado holístico. Por tanto, creemos que el estudio de este tema es obligatorio en el curso básico.
Llevemos a cabo un análisis comparativo de las principales etapas del modelado por computadora (autor - N.V. Makarova) y la estructura del proceso creativo (autor - Ya.A. Ponomarev):
| Pasos de simulación | Etapas del proceso creativo |
1. Declaración del problema: descripción de la tarea; el propósito de la simulación; análisis del objeto. |
1. Conciencia del problema: la aparición de una situación problemática; dar sentido y comprensión de los datos disponibles; declaración del problema (pregunta). |
| 2. Desarrollo del modelo. | 2. Resolución del problema: desarrollo de hipotesis; desarrollo de soluciones, experimentación. |
| 3. Experimento informático. | |
| 4. Análisis de los resultados de la simulación (si los resultados no cumplen con los objetivos, se cometieron errores en las etapas anteriores). | 3. Verificación de la solución (como resultado de la implementación de esta etapa, la hipótesis planteada puede no estar justificada, luego se reemplaza por otra). |
La comparación de las etapas nos permite concluir que el proceso de modelado se ajusta fácilmente, es consistente con el proceso creativo. Por lo tanto, enseñar a los estudiantes a modelar y, en particular, a su planificación etapa por etapa, conduce a la formación de conocimientos y la planificación de actividades creativas.
Dado que todas las etapas del modelado están determinadas por la tarea y los objetivos del modelado, para cada clase específica de modelos, el esquema puede sufrir algunos cambios. Entonces, en relación con los modelos matemáticos, el enunciado del problema se divide en las siguientes etapas:
1. destacando los supuestos en los que se basará el modelo matemático;
3. registro de relaciones matemáticas que conectan los resultados con los datos iniciales (esta relación es un modelo matemático).
Aquí hay un ejemplo de dos estudiantes que completan una tarea para desarrollar un modelo matemático de la masa del portafolio de un escolar:
| Solución 1: | Solucion 2: |
1. Destacando supuestos: la masa del diario es igual a la masa del cuaderno; el número de cuadernos y el número de libros de texto es igual al número de materias en un día determinado; el maletín contiene solo cuadernos, un diario, libros de texto y un estuche para lápices. m4 (kg) es el peso del bote; n (pcs) - el número de sujetos; 3. Modelo matemático М = m1 + m2 n + m3 (n + 1) + m4, donde m1> 0, m2> 0, m3> 0, m4> 0, n> 1. |
1. Destacando supuestos: todos los libros de texto tienen la misma masa; todos los portátiles tienen la misma masa; el maletín puede contener cuadernos, un diario, libros de texto, un estuche para lápices y "algo más" (un juguete, un sándwich, etc.). 2. Determinación de los datos iniciales y el resultado: m1 (kg) - peso de la cartera vacía; m2 (kg) - la masa de un libro de texto; m3 (kg) - la masa de un portátil; m4 (kg) es la masa del diario; m5 (kg) - la masa del recipiente; m6 (kg) es la masa de "algo más"; n1 (pcs) - la cantidad de libros de texto; n2 (pcs) - la cantidad de cuadernos; M (kg) es la masa del portafolio del estudiante. 3. Modelo matemático: М = m1 + m2 n1 + m3 n2 + m4 + m5 ++ m6, donde m1> 0, m2> 0, m3> 0, m4> 0, m5> 0, m6> 0, n1> 0, n2> 0. |
Este ejemplo confirma claramente que las tareas de este tipo le permiten rastrear claramente la creación por fases de un modelo y son un ejemplo vívido de la actividad creativa de los estudiantes. Al hacer diferentes suposiciones, cada estudiante obtiene su propio modelo distinto.
Luego de revisar y analizar el aparato de tareas de los libros de texto de informática recomendados para estudiantes de secundaria, por la presencia de tareas de modelado relacionadas con las educativas y creativas, podemos concluir que prácticamente todos los libros de texto contienen tareas para la formalización y aplicación de métodos matemáticos, así. como tareas de otro tipo, cuya solución se reduce al uso de un aparato matemático. Sin embargo, los autores de libros de texto prácticamente no ofrecen tareas para el desarrollo de componentes tales de las habilidades creativas de un individuo como la capacidad de ver problemas y contradicciones, el pensamiento crítico y la capacidad de emitir juicios de valor, la capacidad de encontrar la información necesaria. y transferir, aplicarlo en las condiciones del problema, capacidad para formular y reformular tareas, comunicación y creatividad, etc.
Por la frecuencia de su uso, el término "tarea" es uno de los más extendidos en la práctica científica y educativa. Algunos autores consideran el concepto de "tarea" como indefinido y en el sentido más amplio significa algo que requiere ejecución, una solución. En el aspecto del uso de ayudas didácticas, actúa como un medio de formación intencionada de conocimientos, destrezas y habilidades. Desafortunadamente, en los libros de texto, las tareas todavía se utilizan principalmente para formar la capacidad de aplicar el conocimiento (en el sentido de memorizar hechos y su reproducción). En nuestro estudio, consideraremos tareas educativas y creativas que involucran un esquema de solución diferente, utilizando métodos y medios no tradicionales. Esta ya es una nueva etapa en el uso de las tareas, cuando sirven como desarrollo de la personalidad y educación de los estudiantes.
La mayoría de las tareas del modelado de información se relacionan con las tareas educativas y creativas (UTT), cuya definición, justificación del contenido y rol, así como la clasificación de las cuales fueron propuestas por V.I. Andreev. Detengámonos con más detalle en el concepto de tareas educativas y creativas y su clasificación.
"Tarea educativa y creativa- esta es una forma de organizar el contenido del material educativo, con la ayuda de la cual el maestro logra crear una situación creativa para los estudiantes, estableciendo directa o indirectamente el objetivo de las condiciones y requisitos de la actividad educativa y creativa, en el proceso de que los estudiantes dominen activamente conocimientos, habilidades, destrezas, desarrollen las habilidades creativas del individuo ".
En nuestra opinión, al enseñar modelado, es posible utilizar tareas educativas y creativas para el desarrollo de varios componentes de las habilidades creativas.
La clasificación de tareas educativas y creativas propuesta por V.I. Andreev es bastante extenso.
Clasificación de tareas educativas y creativas en relación con su uso para el desarrollo de las habilidades creativas del individuo:
| Ejemplos de tareas de modelado | Componentes de la creatividad que se pueden desarrollar | |
| 1. Problemas con la información presentada incorrectamente | El ya mencionado problema del portafolio del alumno, en el que prácticamente no hay información inicial, sino solo el objetivo de la actividad. Desarrollar un modelo relacional para una agencia de viajes. |
Capacidad para encontrar la información que necesita y aplicarla en el contexto de la tarea. |
| 2. Tareas de previsión | Modelado matemático: ¿cuál será la población de Rusia en 2050? Modelado verbal o gráfico: desarrollar un modelo para una escuela del siglo XXI. |
Capacidad para generar ideas, formular hipótesis |
| 3. Tareas de optimización | ¿Cuáles son las dimensiones de la longitud y el ancho de la sección rectangular del área S, se consumirá la menor cantidad de valla de estacas? | Flexibilidad, racionalismo de pensamiento. |
| 4. Tareas para revisión por pares | Tareas para evaluar la adecuación del modelo: un modelo matemático de la dependencia del crecimiento de la población de amebas de la fertilidad se expresa mediante la siguiente fórmula: H (I + 1) = H (I) * 2. ¿Este modelo refleja un proceso real? ¿Qué factores adicionales deben considerarse? | Pensamiento crítico, la capacidad de emitir juicios de valor. |
| 5. Tareas para detectar contradicciones y formular el problema | El cine de la ciudad, con una capacidad de 100 butacas, acoge 5 proyecciones al día. La película "Turkish Gambit" se proyectará durante la semana. Explore la situación desde diferentes puntos de vista formando tareas para resolver problemas como "qué pasará si ..." y "cómo hacer para ...". Formular conclusiones y hacer recomendaciones. | Capacidad para ver problemas y contradicciones. |
| 6. Tareas para el desarrollo de prescripciones algorítmicas y heurísticas | Desarrollar un algoritmo para crear un modelo de tablero de ajedrez en un editor gráfico. Desarrollar un algoritmo para convertir información no estructurada sobre un objeto en una tabla de la forma "propiedad del objeto" o "objeto-objeto". Crea un modelo descriptivo de comportamiento al conocer a una persona del sexo opuesto. |
La capacidad de generalizar y restringir las operaciones mentales, la capacidad de reflexionar sobre el pensamiento. |
| 7. Tareas para la correcta formulación del problema | Se da un modelo matemático en forma de diagrama. Cree una tabla para la que se pueda crear un diagrama de este tipo (la tabla debe ser significativa). Piense en un problema, como resultado de cuya solución se puede obtener un modelo lógico de la forma (А В) → С. |
Capacidad para formular y reformular objetivos |
| 8. Tareas lógicas | Tareas para la creación de modelos lógicos. Tareas para el desarrollo de modelos estructurales (jerárquicos, de red, relacionales). |
Habilidades intelectuales y lógicas. |
| 9. Tareas de diseño | Diseño informático, modelado de un objeto según un dibujo técnico o un dibujo al que le faltan líneas, finalizando la forma de los detalles del objeto, etc. | Capacidad de diseño |
Por supuesto, el limitado número de horas dedicadas al estudio de la línea "Modelado y Formalización" en el curso de Informática Básica es un obstáculo para utilizar plenamente el sistema de tareas educativas y creativas en la docencia. Sin embargo, estas tareas se pueden clasificar en varios temas de informática. Se desprende de las condiciones de los problemas que para su solución y para la implementación de modelos de información, es suficiente poseer las habilidades para trabajar en entornos software universales: un editor gráfico y de texto, presentaciones en computadora, hojas de cálculo y un DBMS. Las capacidades de estas herramientas de software son tales que con una hábil selección de tareas, creando una atmósfera de creatividad en el aula, el uso de estos programas ayuda a desarrollar la imaginación, la fantasía, la intuición, la iniciativa de los estudiantes, es decir. aquellas cualidades personales que se clasifican como creativas. Por lo tanto, algunas de las tareas se pueden aplicar al enseñar tecnología de la información en un curso básico de informática. También es posible utilizarlos en cursos especializados enfocados en modelado o tecnologías de la información.
Las tareas educativas y creativas recomendadas por nosotros se aplican en la etapa de planteamiento y formalización de la tarea y en el desarrollo de un modelo de información simbólico, las tecnologías de la información son solo un medio para implementar e investigar el modelo creado. Así, por ejemplo, las tareas con información presentada incorrectamente (tareas en las que falta información inicial, tareas con información redundante, tareas con información inicial en conflicto, tareas en las que prácticamente no hay información inicial, sino solo el objetivo de la actividad) se pueden utilizar cuando trabajo de enseñanza en cualquier entorno de software. La necesidad de desarrollar una prescripción algorítmica puede estar contenida en la condición del problema, o puede surgir en el proceso de su solución o implementación del software. Las tareas de gestión y las tareas comunicativo-creativas se pueden aplicar en actividades de proyectos y trabajo en grupo. Por lo tanto, consideramos posible enseñar en conjunto la tecnología de la información y el modelado de la información con el propósito de un estudio más profundo, consciente y significativo de ambas líneas y, lo más importante, aumentar el nivel de desarrollo de las habilidades creativas de los estudiantes.
Así, enseñar el desarrollo de modelos como un proceso integral paso a paso y el uso generalizado de tareas educativas y creativas nos permite señalar las posibilidades pedagógicas de enseñar el modelado de información como un proceso creativo.
Capitulo dos. Trabajo experimental sobre el estudio del papel de las tareas educativas y creativas en la enseñanza del modelado informático en el desarrollo de las habilidades creativas de los estudiantes.
Un papel especial en la investigación pedagógica lo desempeñan experimento - Pruebas especialmente organizadas de uno u otro método, aceptación del trabajo para identificar su eficacia pedagógica.
Un experimento (de Lat. Experimentum - ensayo, experiencia) es un método de cognición, con la ayuda del cual se investiga un fenómeno pedagógico en condiciones naturales o condiciones creadas artificialmente, controladas y controladas, y se busca una forma de resolver un problema científico. . Así, un experimento es un método de investigación pedagógica en el que existe una influencia activa sobre los fenómenos pedagógicos creando nuevas condiciones correspondientes al objetivo de la investigación. El experimento debería ser la respuesta a alguna pregunta. Debe tener como objetivo probar la hipótesis. No hay experimento sin hipótesis, así como no hay experimento sin evidencia teórica y estadística convincente que cumpla con los requisitos modernos.
Hay varias clasificaciones de tipos de experimentos.
En nuestro caso usaremos un experimento comparativo - cuando en un grupo el trabajo (formación) se realiza con una nueva metodología, y en el otro - según el generalmente aceptado o distinto del grupo experimental, y al mismo tiempo tiempo, la tarea consiste en identificar la mayor eficacia de varios métodos. Tal experimento siempre se lleva a cabo sobre la base de una comparación de dos grupos paralelos similares, clases: experimental y control.
2.1 Descripción del trabajo experimental
El experimento pedagógico se llevó a cabo en la institución educativa estatal de la ciudad de Moscú, el centro educativo No. 1456. Los participantes en el experimento son estudiantes de uno de los 9 grados. La investigación se realizó durante el tercer trimestre del año académico 2008-2009.
Parte de los estudiantes (10 personas) que asistieron a la optativa conforman el grupo experimental; de los estudiantes restantes, 10 fueron seleccionados al azar para formar un grupo de control.
Los grupos de estudiantes comparados son iguales en cuanto a datos iniciales y en cuanto a las condiciones del proceso pedagógico al realizar un experimento formativo.
Necesitamos descubrir cómo el uso de tareas educativas y creativas en la enseñanza del modelado por computadora afecta el desarrollo de las habilidades creativas de los estudiantes.
Para ello se realiza un experimento pedagógico comparativo, donde un grupo (experimental) asiste a clases optativas, las cuales se llevan a cabo de acuerdo con la metodología desarrollada por nosotros, y el otro (control) no estudia con esta metodología.
Como hipótesis de trabajo, se sugirió que la enseñanza del modelado por computadora de acuerdo con nuestra metodología desarrollada, donde se utilizan tareas educativas y creativas, contribuirá a un aumento en el nivel de desarrollo de las habilidades creativas de los estudiantes (es decir, componentes de las habilidades creativas como: originalidad y singularidad).
El trabajo experimental consta de tres etapas.
Etapa 1: determinación. Su propósito fue identificar el nivel de desarrollo de las habilidades creativas de los estudiantes.
Etapa 2 - Formativo. Finalidad: incrementar el nivel de desarrollo de las habilidades creativas de los escolares mediante el uso de tareas didácticas y creativas en la enseñanza del modelado gráfico en clases opcionales.
Etapa 3 - control. El propósito de esta etapa es identificar el nivel de desarrollo de las habilidades creativas de los escolares (reevaluación).
Entonces, Etapa 1 - determinación - identificación del nivel de desarrollo de las habilidades creativas de los estudiantes.
Inicialmente se analizó el nivel de desarrollo de las habilidades creativas de los estudiantes. En esta etapa, realizamos la prueba de ingreso: la prueba "Diagnóstico de creatividad no verbal" (ver anexo). Las capacidades diagnósticas de la versión adaptada de la metodología de esta prueba permiten evaluar dos componentes de las habilidades creativas como la originalidad y la singularidad.
Consulte la tabla 3 para ver los resultados de la prueba.
Etapa 2 - Formativo. El propósito de la etapa: aumentar el nivel de desarrollo de las habilidades creativas de los escolares mediante la enseñanza del modelado informático en clases opcionales.
En esta etapa, al realizar las clases opcionales, se utilizó el bloque del curso optativo desarrollado por nosotros, correspondiente a la siguiente planificación temática (ver Tabla 1). Como entorno software para el desarrollo de habilidades creativas a través de la formación en modelado informático, hemos elegido el editor gráfico Paint.
Tabla 1.
Plano temático del bloque "Modelado gráfico"
| Número de lección | Tema de la lección | Número de horas | Tipo de actividad educativa |
| 1 | Conceptos de modelado y modelado. Clasificaciones de modelos. Modelos graficos | 1 | Conferencia con elementos de conversación. |
| 2 | Pasos de simulación | 1 | Conferencia con elementos de conversación. |
| 3-5 | Trabajo de laboratorio nº 1 "Modelado de formas geométricas" | 3 (1+2) | Taller de laboratorio |
| 6-9 | El diseño es una especie de modelado. Trabajo de laboratorio nº 2 "Diseño informático" |
4 (2+2) | Charla con elementos de conversación. Taller de laboratorio |
| 10-13 | Trabajo de laboratorio nº 3 "Modelado de estructuras volumétricas" | 4 (2+2) | Taller de laboratorio |
| 14 | Resumiendo. Exposición de trabajos de estudiantes | 1 | |
| Total: | 14 |
Durante el desarrollo de un curso sobre la enseñanza del modelado por computadora, intentamos seleccionar tareas para el trabajo de laboratorio de tal manera que contribuyan al desarrollo de las habilidades creativas de los estudiantes.
La parte principal del bloque está formada. trabajos de laboratorio ... El trabajo de laboratorio es la forma principal de trabajo en una clase de informática. El trabajo de laboratorio brinda a los estudiantes la oportunidad de participar de forma independiente en actividades de investigación, lo que les permite consolidar los conocimientos adquiridos y ayuda a sentar las bases para un trabajo más independiente.
El trabajo de laboratorio consta de dos partes: la primera parte incluye muestras de tareas educativas y creativas en las que se trazan todas las etapas del modelado; la segunda parte contiene tareas para la autorrealización. Tal estructura del trabajo de laboratorio está justificada: la primera parte le permite formar habilidades a nivel reproductivo, la segunda brinda la oportunidad de consolidar las habilidades adquiridas, contribuye a la manifestación y desarrollo de habilidades creativas.
Los trabajos de laboratorio se entregan a los estudiantes en forma impresa. El contenido de los fragmentos del trabajo de laboratorio, resaltado en gris, es el resultado del trabajo conjunto del profesor y los estudiantes, es decir, el proceso de discutir la tarea en cuestión (ver & 2).
Todos los alumnos que asistieron a la electiva tenían las habilidades para trabajar en el entorno del editor gráfico Paint, ya que asistieron a la electiva en informática en el grado 8. En otras circunstancias, las clases que hemos desarrollado se pueden realizar luego de estudiar el tema "Tecnología de procesamiento de información gráfica" en el curso de Informática, por ejemplo, en el grado 10 u 11.
La última etapa final del trabajo experimental es etapa de control. El propósito de esta etapa es identificar el nivel de desarrollo de las habilidades creativas de los escolares.
Esta etapa incluye volver a probar a los participantes en los grupos experimental y control mediante la prueba "Diagnóstico de creatividad no verbal" (ver Anexo), para comprobar la efectividad de la formación, así como la comparación con los resultados de la etapa de determinación.
Consulte la Tabla 4 para ver los resultados de la prueba.
2.2 Desarrollos metodológicos para la enseñanza del modelado gráfico en el curso de informática
Al igual que con cualquier otro modelado, al comenzar el modelado gráfico, debe seleccionar su objeto, determinar los objetivos del modelado, formar un modelo de información de acuerdo con la tarea y seleccionar una herramienta de modelado.
En el entorno de un editor gráfico, que es una herramienta conveniente para construir modelos gráficos, se crean objetos gráficos: imágenes. Cualquier dibujo, por un lado, es un modelo de algún original (objeto real o mental), y por otro lado, es un objeto de un editor gráfico.
En un entorno de editor gráfico, es muy importante poder crear un modelo de información generalizada de un objeto gráfico (consulte la Tabla 2).
Tabla 2
Modelo de información de un objeto gráfico
Para construir modelos gráficos por computadora, se deben resolver las siguientes tareas:
· Modelado de operaciones geométricas, proporcionando construcción precisa en un editor gráfico;
Modelado de objetos gráficos con propiedades específicas, en particular, forma y tamaño.
La lista de requisitos para el conocimiento y las habilidades de los estudiantes requeridos para estudiar modelado gráfico:
1. Los estudiantes deben saber:
· Formas de representación de imágenes en la memoria de la computadora; conceptos de píxel, raster, codificación de colores, memoria de video;
¿Cuáles son las áreas de aplicación de los gráficos por computadora?
· Nombramiento de editores gráficos;
· La finalidad de los principales componentes del entorno del editor gráfico Paint: área de trabajo, menú de herramientas, primitivas gráficas, paleta, borrador, etc.
2. Los estudiantes deben poder:
· Construye imágenes usando el editor gráfico Paint;
· Guarda dibujos en disco y cárgalos desde disco.
Ejemplos de trabajo de laboratorio:
Trabajo de laboratorio nº 1 "Modelado de formas geométricas"
Tarea 1. "Triángulo regular"
Nivel 1. Formulación del problema
DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA
Construye un triángulo equilátero con un lado dado.
FINALIDAD DE LA SIMULACIÓN
FORMALIZACIÓN DEL PROBLEMA
Etapa 2. Modelo de desarrollo
Construya un triángulo usando el algoritmo (vea la Fig. 1) y demuestre que el triángulo resultante es correcto. Este algoritmo fue propuesto por Euclides en el siglo IV. ANTES DE CRISTO.
Figura 1. Algoritmo para construir un triángulo equilátero con un lado dado
Plan EXPERIMENTAL
1. Probar el modelo construido de acuerdo con un algoritmo dado alineándolo con el segmento original.
2. Construyendo y probando el modelo usando nuestro propio algoritmo con los mismos datos iniciales.
3. Investigación y análisis de dos algoritmos de construcción para determinar el mejor.
REALIZAR INVESTIGACIONES
1. Demostrar la corrección de los algoritmos anteriores y propios para el modelo.
2. Combinar las construcciones realizadas según diferentes algoritmos.
Etapa 4. Análisis de los resultados
Si las cifras no coincidieron al alinear, cambie el algoritmo de construcción o aumente la precisión del algoritmo trabajando en una escala ampliada (bajo una lupa). Si coincide, elija el algoritmo más conveniente.
Problema 2. "Hexágono regular"
Nivel 1. Formulación del problema
DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA
Construye un hexágono regular con un lado dado.
FINALIDAD DE LA SIMULACIÓN (espacio para respuestas del alumno)
_____________________________________________________________
FORMALIZACIÓN DEL PROBLEMA (la tabla la llenan los alumnos)
| Pregunta aclaratoria | Respuesta |
Etapa 2. Modelo de desarrollo
Construya un hexágono usando el algoritmo (vea la Fig. 2) y demuestre que el hexágono resultante es correcto.
Figura 2. Algoritmo para construir un hexágono equilátero con un lado dado
Etapa 3. Experimento informático
Plan EXPERIMENTAL (espacio para respuestas de los alumnos)
_____________________________________________________________
_____________________________________________________________
_____________________________________________________________
HACIENDO UNA INVESTIGACIÓN (espacio de respuesta del alumno)
_____________________________________________________________
_____________________________________________________________
_____________________________________________________________
Etapa 4. Análisis de resultados (espacio para las respuestas de los estudiantes)
_____________________________________________________________
_____________________________________________________________
_____________________________________________________________
1. Construya un triángulo isósceles para una base ay una altura h dadas.
2. Construya un triángulo rectángulo a lo largo de la hipotenusa y el cateto.
3. Construya un triángulo isósceles a lo largo del lado y el ángulo del vértice.
4. Construye un triángulo de tres lados.
5. Construya un octágono regular con un lado dado.
6. Construye un triángulo a lo largo de dos lados y un ángulo entre ellos.
7. Construye un paralelogramo a lo largo de los lados dados y el ángulo entre ellos.
8. Construya un triángulo a lo largo del lado opuesto a él por el ángulo y la altura, dibujado desde el vértice de este ángulo.
9. Construye un triángulo a lo largo de dos lados y baja una altura a uno de ellos.
10. Construya un triángulo isósceles a lo largo de la base y el radio del círculo circunscrito.
Trabajo de laboratorio nº 2 "Diseño informático"
Tarea. "Modelado de parquet"
Nivel 1. Formulación del problema
DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA
En San Petersburgo y sus alrededores hay magníficos palacios-museos, que contienen obras de arte de los grandes maestros rusos y europeos. Además de maravillosas obras de pintura, escultura, mobiliario, aquí se han conservado muestras únicas de parquet. Los bocetos de estos suelos de parquet fueron realizados por grandes arquitectos. Y sus ideas fueron realizadas por los artesanos de suelos de parquet.
El parquet está formado por piezas de diferentes formas y tipos de madera. Los detalles de parquet pueden variar en color y patrón de madera. A partir de estas partes, los trabajadores del parquet ensamblan bloques compatibles entre sí en una mesa especial. El parquet real se ensambla a partir de estos bloques en el piso de la habitación.
Una de las variedades de parquet está formada por formas geométricas regulares (triángulos, cuadrados, hexágonos o formas más complejas). En varias combinaciones, los detalles de parquet pueden dar patrones únicos. Imagínese como un diseñador de parquet completando un pedido.
La tarea es del tipo "Cómo hacer para ...".
FINALIDAD DE LA SIMULACIÓN
Desarrolle un boceto de parquet.
OBJETIVOS INTERMEDIOS
Desarrolle un conjunto de piezas de parquet estándar: menú de parquet (consulte la figura 1).
Figura 1. Menú de parquet
Diseñe un bloque de parquet estándar a partir de piezas.
FORMALIZACIÓN DEL PROBLEMA
| Pregunta aclaratoria | Respuesta |
| ¿Qué se está modelando? | Objeto geométrico - Polígono |
| El polígono es regular. El número de lados del polígono - 3, 4, 6 | |
| ¿Qué se pide? | Segmento de línea igual al lado del polígono |
| ¿Qué necesitas conseguir? | Detalles de parquet, bloque de parquet, parquet geométrico |
| Regla, brújulas | |
| No hay brújula. La brújula reemplaza el cuadrado inscrito |
Etapa 2. Modelo de desarrollo
MODELO DE INFORMACIÓN
MODELO DE COMPUTADORA
Para modelar un conjunto de piezas compatibles, bloques de parquet y parquet en su conjunto, puede utilizar el entorno del editor de pintura.
MODELO 1. Modelado de objetos geométricos con propiedades específicas para crear un conjunto estándar de piezas de parquet con dimensiones compatibles.
Cree un conjunto completo de detalles necesarios para el modelado (consulte la Fig. 2) usted mismo (utilizando algoritmos que conoce), utilizando las capacidades de rotaciones y reflejos de fragmentos.
Figura 2. Objetos de menú de parquet
Realice la construcción de un cuadrado inclinado 30 0 (60 0) de acuerdo con el algoritmo (ver Fig. 3).
Fig. 3. Algoritmo para construir un cuadrado inclinado 30 0 (60 0)
Colorea las figuras acabadas imitando la textura de varios tipos de madera.
Guarde el menú creado en el archivo "Parquet Menu" y protéjalo para que no se escriba.
MODELO 2. Modelado de bloques de parquet.
El número de partes de un bloque de parquet depende del número de lados del polígono.
Los bloques se pueden ensamblar a partir de piezas de uno, dos o tres tipos (ver Fig. 4).
Figura 4. Modelos de bloques de parquet
MODELO 3. Disposición de parquet a partir de los bloques creados.
El parquet se ensambla a partir de bloques prefabricados en el piso. Los huecos resultantes en las esquinas y en las paredes se sellan con piezas del conjunto estándar.
Se forma un boceto por computadora de un parquet de acuerdo con el mismo principio en el área de trabajo de un editor gráfico (ver Fig. 5).
Figura 5. Muestras de parquet
Etapa 3. Experimento informático
Plan EXPERIMENTAL
1. Probar un conjunto estándar de piezas: verificar la compatibilidad.
2. Desarrollo de un bloque de parquet.
3. Probar bloques: verificar su compatibilidad.
4. Modelado de bocetos de parquet.
REALIZAR INVESTIGACIONES
1. Desarrolle varias opciones para el bloque de parquet y los bocetos de parquet.
2. Ofrézcales una opción al cliente.
Etapa 4. Análisis de los resultados
Si el tipo de parquet no se corresponde con la intención del cliente, vuelva a uno de los pasos anteriores: cree otro bloque a partir del mismo conjunto de piezas o desarrolle un conjunto diferente de piezas.
Si el tipo de parquet se adapta al cliente, se toma una decisión sobre el desarrollo de dibujos a escala real y la selección de materiales.
Tareas de autoaprendizaje:
1. Imagina que eres el jefe de una fábrica de telas. Diseñar telas con motivos geométricos.
2. Imagina que eres un maestro de vidrieras. Diseña un juego de vasos para componer vidrieras y crea una vidriera.
3. Imagina que se te acerca el director de una fábrica de juguetes. Le pide que diseñe un conjunto de piezas de mosaico y demuestre qué patrones se pueden doblar a partir de estas piezas.
4. Cree un menú para un servicio de té o café (vista superior) y "prepare" una mesa festiva para seis personas de acuerdo con las reglas de etiqueta.
5. Imagina que eres el artista de una fábrica de azulejos de cerámica. Diseña un juego de baldosas cerámicas y utilízalas para crear objetos del mundo submarino para simular la composición "Underwater" para el baño.
6. Imagina que eres un artista en un taller especializado en la producción de alfombras. Diseña un patrón de alfombra.
7. Imagínese que es el especialista principal de una fábrica de alfombras. Diseñe patrones de alfombras para la habitación de los niños.
8. Una de las últimas tendencias en interiorismo es el acabado del techo con baldosas especialmente diseñadas para este fin. Diseña un juego de placas de techo para decorar el vestíbulo del teatro.
9. Cómo se transforma la ciudad cuando se pavimentan aceras, plazas, plazas con adoquines (adoquines). Pruebe su suerte como pintor de una fábrica de adoquines. Diseñe múltiples opciones para baldosas de acera.
10. El linóleo es un recubrimiento muy práctico que no requiere cuidados especiales. Pero, hablando de practicidad, no debemos olvidarnos de la belleza. Diseñe algunas muestras de linóleo que imiten un acabado de mármol.
Trabajo de laboratorio nº 3 "Modelado de estructuras volumétricas"
Tarea. "Creación de un conjunto de ladrillos de construcción"
Nivel 1. Formulación del problema
DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA
Cree un conjunto de ladrillos con los parámetros especificados a, b, c (consulte la Fig. 1).
Figura 1. Menú de ladrillos
La tarea es del tipo "Cómo hacer para ...".
FINALIDAD DE LA SIMULACIÓN
Construcción de un objeto con propiedades específicas.
FORMALIZACIÓN DEL PROBLEMA
| Pregunta aclaratoria | Respuesta |
| ¿Qué se está modelando? | Ladrillo |
| ¿Qué propiedades posee? | El ladrillo tiene la forma de un paralelepípedo rectangular. |
| ¿Qué se pide? | Secciones iguales al largo, ancho y alto del ladrillo. |
| ¿Qué necesitas conseguir? | Conjunto de ladrillos |
| ¿Cuántas posiciones puede tomar un ladrillo? | 6 |
| ¿En qué entorno puedes construir? | En papel o en un editor gráfico |
| ¿Qué herramientas se necesitan para trazar en papel? | Gobernante |
| ¿Qué herramientas se necesitan para construir en un entorno de editor gráfico? | Herramienta de línea |
| ¿Qué funciones del editor de gráficos puedo utilizar? | La capacidad de rotar fragmentos de la imagen en ciertos ángulos y sus reflejos. |
| ¿Cuántas posiciones de ladrillos es suficiente para construir? | 3 |
Etapa 2. Modelo de desarrollo
Construye un ladrillo en tres posiciones según el algoritmo. Con la herramienta Relleno, pinte los bordes con pintura del mismo tono, pero de diferentes tonos (consulte la Fig. 2).
Figura 2. Algoritmo de construcción de ladrillos
Usando la capacidad de rotar los fragmentos del dibujo en ciertos ángulos y sus reflejos, obtenga las seis posiciones del ladrillo.
Tarea general:
Construye el modelo a partir de la imagen:
Tareas de autoaprendizaje:
· Construya un modelo volumétrico a partir de ladrillos.
Para dibujar líneas precisas horizontales, verticales y 45 0, así como círculos y cuadrados, use la tecla
· Para construir líneas paralelas, se usa copiar y pegar una línea existente.
· Para construir figuras con determinadas dimensiones, es recomendable colocar los segmentos originales de una determinada longitud en la parte superior de la hoja como referencia y utilizar sus copias.
· Al construir polígonos regulares, tenga en cuenta su propiedad para encajar en un círculo, que se puede utilizar como una construcción adicional.
· Al resolver problemas gráficos, a menudo es necesario utilizar construcciones adicionales. Para construcciones adicionales, se selecciona un color auxiliar, que se elimina al final del trabajo llenándolo con blanco (color de fondo).
2.3 Resultados de la investigación y su análisis
Como resultado de la primera etapa de constatación, realizamos la prueba de ingreso: la prueba "Diagnóstico de creatividad no verbal". Hemos evaluado y analizado dos componentes de la creatividad como la originalidad y la singularidad (ver Tabla 3).
Tabla 3.
| Índice de originalidad | Índice de unicidad | |||
| Alumnos | 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 |
|
sentido |
0,71 | 0,70 | 1,18 | 1,09 |
| Nota. | ||||
Después de analizar los resultados obtenidos y compararlos con el máximo posible (para el índice de originalidad - 1, para el índice de unicidad - 3), podemos concluir que los componentes de las habilidades creativas de los estudiantes no están suficientemente desarrollados, y los resultados del control y los grupos experimentales difieren insignificantemente.
En la segunda etapa, se realizaron clases opcionales para el grupo experimental, donde se utilizaron tareas didácticas y creativas para desarrollar las habilidades creativas de los estudiantes en el trabajo de laboratorio.
Como resultado, en la etapa final, de control, del trabajo experimental para verificar la efectividad de la capacitación, nuevamente reveló el nivel de desarrollo de las habilidades creativas de los escolares con la ayuda prueba "Diagnóstico de creatividad no verbal". Recibió los siguientes resultados: (ver tabla 4).
Cuadro 4.
Datos de investigación sobre el nivel de desarrollo de las habilidades creativas de los escolares (valor medio)
| Índice de originalidad | Índice de unicidad | |||
| Alumnos | 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 |
|
sentido |
0,84 | 0,76 | 1,80 | 1, 20 |
Porcentaje proporción,% |
18 | 9 | 52 | 10 |
| Nota. X1 - grupo experimental; X2 - grupo de control | ||||
Los resultados del experimento pedagógico realizado se presentan en forma de diagramas (ver Fig. 1, Fig. 2).
Figura 1. Dinámica de los componentes de la creatividad (grupo experimental)
Figura 2. Dinámica de los componentes de la creatividad (grupo de control)
Entonces, en comparación con el grupo de control, en el grupo experimental, el nivel de originalidad y singularidad en la etapa de control de nuestro experimento aumentó significativamente. Esto nos permite concluir que los materiales didácticos y metodológicos desarrollados, las tareas educativas y creativas seleccionadas aseguran completamente la organización y conducción de las clases para el estudio del modelado gráfico, contribuyen al desarrollo efectivo de las habilidades creativas de los estudiantes.
Se confirmó la hipótesis que formulamos: el uso de tareas educativas y creativas en la enseñanza del modelado informático contribuye a incrementar el nivel de desarrollo de las habilidades creativas de los estudiantes.
Conclusión
Las habilidades creativas son características individuales, cualidades de una persona que determinan el éxito de su desempeño de actividades creativas de diversos tipos.
Un análisis retrospectivo del problema del desarrollo de las habilidades creativas en el proceso de aprendizaje permitió profundizar en la comprensión de las tendencias de su desarrollo en la etapa actual. Numerosos estudios dedicados al estudio de la creatividad indican que estos temas siempre han preocupado a las mejores mentes de la humanidad (I. Kant, N.A. Berdyaev, P.L. Lavrov, BC Soloviev, E.V. Ilyenkov, L.S. Vygotsky, SL Rubinstein, Ya.A. Ponomarev, AN Luk, NS Leites, BM Teplov y otros), pero no tenemos un entendimiento común de lo que es la "creatividad" descubierta.
Un análisis de la literatura filosófica, científica, pedagógica y psicológica muestra que se ha dedicado una cantidad significativa de investigación al problema del desarrollo de la personalidad, su potencial creativo, el desarrollo y uso de tecnologías pedagógicas no tradicionales que contribuyen a este desarrollo.
Sin embargo, en la literatura que conocemos, las cuestiones relacionadas con el desarrollo de las habilidades creativas de los estudiantes en la enseñanza del modelado informático mediante tareas educativas y creativas no han sido suficientemente investigadas. En la práctica educativa, los profesores utilizan con bastante frecuencia elementos de diversas tecnologías de la educación para el desarrollo. Pero el caos y el carácter asistemático de su implementación, la inadaptación a las condiciones de la educación en el marco de las tecnologías de la información no dan la efectividad deseada.
La creatividad es especialmente importante en el proceso de aprendizaje porque La creatividad hace que el aprendizaje sea divertido, divertido e imaginativo. La enseñanza de la informática no es una excepción. Con la elección adecuada de ayudas didácticas, el profesor puede ayudar a desarrollar la creatividad de los estudiantes.
Es importante señalar que las habilidades creativas no se desarrollan en condiciones espontáneas, sino que requieren un proceso de enseñanza y educación especialmente organizado: revisar el contenido de los planes de estudio, desarrollar un mecanismo procedimental para implementar este contenido, crear las condiciones pedagógicas para la autoexpresión en creatividad. actividad.
Esto es lo que intentamos hacer en nuestro trabajo. Examinamos las tareas educativas y creativas como un medio para formar las habilidades creativas de los estudiantes. Al resolver este tipo de problemas, se produce un acto de creatividad, se encuentra un nuevo camino o se crea algo nuevo. Aquí es donde se requieren cualidades especiales de la mente, como la observación, la capacidad de comparar y analizar, de encontrar conexiones y dependencias, todo eso en conjunto constituyen habilidades creativas.
En la parte práctica para la enseñanza del modelado gráfico, hemos desarrollado un bloque de un curso optativo y hemos marcado las pautas para su uso.
El bloque de clases desarrollado fue implementado por nosotros en el curso de clases opcionales para estudiantes de una de las 9 clases (GOU TSO No. 1456).
Para conocer cómo el uso de tareas educativas y creativas en la enseñanza del modelado gráfico afecta el desarrollo de las habilidades creativas de los estudiantes, se llevó a cabo un experimento pedagógico comparativo.
Los resultados de nuestra investigación dan fundamento para afirmar que los materiales didácticos y metodológicos desarrollados aseguran de manera suficientemente completa la organización y conducción de las clases para el estudio del modelado gráfico, contribuyen al desarrollo efectivo de las habilidades creativas de los estudiantes.
El desconocimiento de este tema abre grandes oportunidades para su investigación, la creación de métodos de enseñanza y el desarrollo de tareas creativas para el modelado informático. Esperamos que los materiales didácticos y metodológicos desarrollados por nosotros encuentren su aplicación en la escuela moderna.
Bibliografía
1. Andreev, V.I. Dialéctica de la educación y autoeducación de una personalidad creativa [Texto] / V.I. Andreev. - Kazán: Editorial de la Universidad de Kazán, 1988 .-- 238 p.
2. Beshenkov, S.A. Ciencias de la Computación. Curso sistemático. Libro de texto. para el décimo grado [Texto] / Beshenkov S.A., Rakitina E.A. - M.: Laboratorio de Conocimientos Básicos, 2001 .-- 432 p.
3. Bozovic, L.I. Problemas de formación de la personalidad: Editado por D.I. Feldshtein [Texto] / Artículo introductorio de D.I. Feldstein, 2ª ed. M .: Instituto de Psicología Práctica, 1997. - 352 p.
4. Bochkin, A.I. Métodos de enseñanza de la informática: Libro de texto. subsidio [Texto] / A.I. Bochkin. - Mn.: Vysh. Escuela., 1998 .-- 431 p.
5. Bulatova O.S. Arte pedagógico: Libro de texto. manual para montante. más alto. ped. estudio. instituciones [Texto] / O.S. Bulatov. - M.: Ed. Center Academy, 2001 - 240 p.
6. Introducción a la investigación científica en pedagogía: Libro de texto. manual para estudiantes de ped. institutos [Texto] / Yu.K. Babansky, V.I. Zhuravlev, V.K. Rozov y otros; Editado por V.I. Zhuravleva. - M.: Educación, 1988 .-- 239 p.
7. Introducción al psicodiagnóstico: un libro de texto para estudiantes de instituciones educativas pedagógicas secundarias [Texto] / М.К. Akimova, E.M. Borisova, E.I. Gorbachov y otros; Editado por K.M. Gurevich, E.M. Borisova - M.: Editorial. Center Academy, 1997-192 p.
8. Vygotsky, L.S. Imaginación y creatividad en la infancia [Texto] / L.S. Vygotsky - M.: Educación, 1991.- 396 p.
9. Galygina, Irina Vladimirovna. Métodos de enseñanza del modelado de información en el curso básico de informática [Texto]: Dis. Candó. ped. Ciencias: 13.00.02: Moscú, 2001198 p. RSL OD, 61: 02-13 / 838-7
10. Gnatko, N.M. El problema de la creatividad y el fenómeno de la imitación [Texto] / N.М. Gnatko. - Creció. AN., Instituto de Psicología. - M, 1994.- 43 pág.
11. Deikina, A.Yu. Interés cognitivo: la esencia y los problemas del aprendizaje [Texto] / Biysk, 2002
12. Druzhinin, V.N. Psicología de las habilidades generales [Texto] / V.N. Druzhinin - 2da ed. - SPb.: Peter Kom, 1999.- 368 p.
13. Zakharova I.G. Tecnologías de la información en la educación: libro de texto. manual para montante. más alto. ped. estudio. instituciones [Texto] / I.G. Zakharova - M.: Editorial. Center Academy, 2003 .-- 192 p.
14. Zubko, I.I. El estudio de modelos del tipo clasificación en el perfil de la carrera de informática [Texto] / Dis. pueden. ped. ciencias. - M., 1991.
15. Informática y tecnología de la información. Libro de texto. para 10-11 grados [Texto] / N.D. Ugrinovich. - M.: BINOM. Laboratorio de conocimiento, 2003. - 512 p.: Ill.
16. Informática y tecnología informática: Términos básicos: Interpretaciones. palabras.: Más de 1000 conceptos y términos básicos [Texto] / A.Ya. Friedland, L.S. Khanamirova, I.A. Friedland - 3.a ed., Rev. y añadir. - M.: OOO Editorial Astrel: OOO Editorial AST, 2003 .-- 272 p.
17. Informática 7-9 clases: Libro de texto. para educación general. estudio. instituciones [Texto] / A.G. Gein, A.I. Senokosov, V.F. Sholokhovich. - 5ª ed., Estereotipo. - M.: Avutarda, 2002 .-- 240 p.: Enfermo.
18. Informática, grado 7-9. Curso basico. Taller-libro de problemas de modelado. [Texto] / Ed. NEVADA. Makarova. - SPb.: Peter, 2003 .-- 176 p.: Ill.
19. Informática, grado 7-9. Curso basico. Teoría. [Texto] / Ed. NEVADA. Makarova. - SPb.: Peter, 2002 .-- 368 p.: Ill.
20. Informática. Curso básico Grados 7-9 [Texto] / I.G. Semakin, L.A. Zalogova, S.V. Rusakov, L.V. Shestakov - 2da ed., Rev. y añadir. - M.: BINOM. Laboratorio de conocimiento, 2004. - 390 p.: Ill.
21. Informática: libro de texto. por 8-9 cl. educación general. instituciones [Texto] / A.G. Gein, E.V. Linetskiy, M.V. Sapir, V.F. Sholokhovich. - 5ta ed. - M.: Educación, 1999 - 256 p.
22. La infografía en el diseño: libro de texto para universidades [Texto] / D.F. Mironov. - SPb.: Peter, 2004 .-- 224 p.
23. Métodos de enseñanza de la informática: Libro de texto. manual para montante. ped. universidades [Texto] / M.P. Lapchik, I. G. Semakin, E.K. Henner; Ed. M.P. Lapchik. - M.: Ed. Center Academy, 2001.- 624 p.
24. Psicología general: Libro de texto para universidades [Texto] / A. Maklakov. - SPb.: Peter, 2003 .-- 592 p.: Ill. - Libro de texto del nuevo siglo.
25. Fundamentos de Informática y Ciencias de la Computación: Sondeos. estudio. por 10-11 cl. miércoles shk. [Texto] / A.G. Gein, V.G. Zhitomirsky, E.V. Linetsky et al.- 4a ed. - M.: Educación, 1994.- 254 p.: Ill.
26. Fundamentos de la investigación científica: Libro de texto. para tecnología. Universidades [Texto] / V.I. Krutov, I.M. Grushko, V.V. Popov y otros; Editado por V.I. Krutova, V.V. Popov. - M.: Más alto. Shk., 1989.- 400 p.
27. Diccionario enciclopédico pedagógico [Texto] / Cap. ed. B.M. Bim-Bad, M.M. Bezrukikh, V.A. Bolotov, L.S. Glebova et al. Great Russian Encyclopedia, 2002 - 528 p.
28. Habilidades pedagógicas y tecnologías pedagógicas: Libro de texto [Texto] / Ed. está bien. Grebenkina, L.A. Baikova. - 3ra ed., Rev. y añadir. - M.: Sociedad Pedagógica de Rusia, 2000.- 256 p.
29. Psicología. Diccionario [Texto] / Menos del total. ed. AV. Petrovsky, M.G. Yaroshevsky. - 2da ed., Rev. y añadir. - M.: Politizdat, 1990 .-- 494 p.
30. Ponomarev, Ya.A. Psicología de la creatividad y la pedagogía [Texto] / Ya.A. Ponomarev - M.: Pedagogía, 1976.
31. Rubinstein, S.L. Fundamentos de Psicología General [Texto] / S.L. Rubinstein - SPb.: Peter, 2001 .-- 720 p.: Ill. - Maestría en Psicología.
32. Titova, Juliana Frantsevna. Metodología para la enseñanza del modelado en el curso básico de informática [Texto] / Dis. Candó. ped. Ciencias: 13.00.02: SPb., 2002201 p. RSL OD, 61: 02-13 / 1086-1
33. Uemov, A.I. Fundamentos lógicos del método de modelado [Texto] / A.I. Uemov - M.: Mysl, 1971. - 311 p.
34. Khutorskoy A.V. Didáctica moderna: Libro de texto para universidades [Texto] / A.V. Khutorsky - SPb: Peter, 2001 - 544 p.
35. Babina N.F. Soporte metodológico de lecciones de tecnología para el desarrollo de habilidades creativas de los estudiantes (sobre el material de trabajo de servicio) [Texto] / Resumen de la disertación para el grado de candidato a ciencias pedagógicas: 13.00.02. - Voronezh, 2001.
36. Beshenkov, S.A. Formalización y modelado [Texto] / S.А. Beshenkov V.Yu. Lyskova, N.V. Matveeva, E.A. Rakitina // Informática y Educación. - 1999 - No. 5.
37. Boyarshinov, M.G. Modelado matemático en el curso escolar de informática [Texto] / M.G. Boyarshinov // Ciencias de la computación y educación - 1999 - №7.
38. Kuznetsov, AA, Curso moderno de informática: de los elementos al sistema [Texto] / AA. Kuznetsov, S.A. Beshenkov, E.A. Rakitin // Informática y educación - 2004 - №1-2.
39. Shestakov, A.P. Formación especializada en informática en los grados superiores de la escuela secundaria (grados 10-11) sobre la base del curso "Modelado matemático informático" (CMM) [Texto] / A.P. Shestakov // Informática - 2002 - №34 - p. 3-12.
40. Prueba verbal de pensamiento creativo // http://www.gipnoz.ru/tests.html [Documento electrónico].
41. A.A. Gin. Sobre las tareas de aprendizaje creativo // http://www.trizminsk.org/index0. htm [Documento electrónico]
42. Bow A. Creativity // http://www.metodolog.ru/00021/00021.html [Documento electrónico]
Solicitud
DIAGNÓSTICO DE LA CREATIVIDAD NO VERBAL
(Método de E. Torrens, adaptado por A.N. Voronin, 1994)
Realización de condiciones:
La prueba se puede realizar individualmente o en grupo. Para crear condiciones favorables para las pruebas, el líder debe minimizar la motivación para el logro y orientar a los evaluados hacia la manifestación libre de sus habilidades ocultas. Al mismo tiempo, es mejor evitar una discusión abierta sobre la orientación temática de la metodología, es decir, no es necesario informar que es la creatividad (especialmente el pensamiento creativo) lo que se está probando. La prueba se puede presentar como una técnica de "originalidad", la capacidad de expresarse en un estilo figurativo, etc. El tiempo de prueba no está limitado tanto como sea posible, aproximadamente de 1 a 2 minutos para cada imagen. Al mismo tiempo, es necesario animar a los examinados si dudan durante mucho tiempo o vacilan.
La versión propuesta de la prueba es un conjunto de imágenes con un determinado conjunto de elementos (líneas), mediante el cual los sujetos necesitan dibujar la imagen en una imagen significativa. En esta versión de la prueba, se utilizan 6 imágenes que no se duplican entre sí en sus elementos originales y dan los resultados más confiables.
La prueba utiliza los siguientes indicadores de creatividad:
1. Originalidad(Op), revelando el grado de disimilitud de la imagen creada por el sujeto con las imágenes de otros sujetos (rareza estadística de la respuesta). Cabe recordar que no existen dos imágenes idénticas, respectivamente, debemos hablar de la rareza estadística del tipo (o clase) de dibujos. El atlas adjunto a continuación muestra los distintos tipos de dibujos y sus denominaciones convencionales, propuestos por el autor de la adaptación de esta prueba, reflejando la característica esencial general de la imagen. Cabe señalar que los nombres convencionales de las figuras, por regla general, no coinciden con los nombres de las figuras dados por los propios sujetos. Dado que la prueba se utiliza para diagnosticar la creatividad no verbal, los nombres de las imágenes sugeridas por los sujetos se excluyen del análisis posterior y se utilizan solo como ayuda para comprender la esencia de la imagen.
2. Singularidad ( Un), definida como la suma de tareas completadas que no tienen análogos en la muestra (atlas de figuras).
Instrucciones de prueba
Aquí hay un formulario con imágenes incompletas. Debe terminarlos, asegúrese de incluir los elementos propuestos en el contexto y trate de no ir más allá del cuadro delimitador de la imagen. Puede terminar de dibujar cualquier cosa y como desee, mientras que el formulario se puede rotar. Después de completar el dibujo, debe darle un nombre, que debe estar firmado en la línea debajo del dibujo.
Procesamiento de resultados de pruebas
Para la interpretación de los resultados de las pruebas, a continuación se presenta un atlas de dibujos típicos. Para cada serie de cifras, se calculó el índice Оr de la muestra. Para evaluar los resultados de las pruebas de los sujetos, se propone el siguiente algoritmo de acciones.
Es necesario comparar las imágenes terminadas con las del atlas, prestando atención al uso de detalles similares y conexiones semánticas; cuando encuentre un tipo similar, asigne la originalidad especificada en el atlas a este dibujo. Si no hay tal tipo de dibujos en el atlas, entonces la originalidad de esta imagen completa se considera 1,00, es decir, ella es única. El índice de originalidad se calcula como el promedio aritmético de la originalidad de todas las imágenes, el índice de unicidad, como la suma de todas las imágenes únicas. Utilizando percentil La escala construida para estos dos índices basada en los resultados de la muestra de control, es posible determinar el indicador de la creatividad no verbal de una persona dada como su lugar en relación con esta muestra:
| 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 |
Nota:
1 - el porcentaje de personas cuyos resultados superan el nivel de creatividad especificado;
2 - el valor del índice de originalidad;
3 - valor del índice de unicidad.
Ejemplo de interpretación : permita que la primera imagen que analice sea similar a la imagen 1.5 del atlas. Su originalidad es 0,74. La segunda imagen es similar a la imagen 2.1, su originalidad es 0.00. El tercer dibujo no se parece a nada, pero los elementos propuestos originalmente para el dibujo no están incluidos en el dibujo. Esta situación se interpreta como una desviación de la tarea y la originalidad del dibujo dado se evalúa como 0. Falta el cuarto dibujo. La quinta figura se reconoce como única (no tiene análogos en el atlas). Su originalidad es de 1,00. La sexta imagen resultó ser similar a la imagen 6.3 y su originalidad es 0.67. Por lo tanto, índice de originalidad para este protocolo:
2,41/5 = 0,48
Índice de unicidad(número de imágenes únicas) de este protocolo - 1 ... Los resultados del protocolo discutido anteriormente muestran que el sujeto está en el límite entre el 60 y el 80% de las personas cuyos resultados se muestran en el atlas. Esto significa que alrededor del 70% de los sujetos de esta muestra tienen mayor creatividad no verbal que él. Al mismo tiempo, el índice de unicidad, que muestra cuán verdaderamente nuevo puede crear una persona, es secundario en este análisis debido al insuficiente poder diferenciador de este índice, por lo que el índice de originalidad total sirve aquí como factor determinante.
FORMULARIO DE REGISTRO DE INCENTIVO
Apellido, iniciales _________________________________
Edad _______ Grupo ____________ Fecha _______________
¡Haz dibujos y dales nombres!
Puedes terminar de dibujar cualquier cosa y como quieras.
Los letreros deben ser legibles en la línea debajo de la imagen.
Atlas de dibujos típicos
Imagen №4
Aplicación de la simulación a la enseñanza de la informática
R. P. Romanski
Universidad Técnica, Sofia, Bulgaria
Introducción
Para el desarrollo de la tecnología informática y la mejora de la organización arquitectónica de los sistemas informáticos (CS), es necesaria la formación continua y la superación personal de los especialistas y estudiantes en informática. Para llevar a cabo esta formación, es necesario combinar las formas de educación tradicional con las posibilidades de autoaprendizaje, aprendizaje a distancia, desarrollo de proyectos prácticos e implementación de experimentos de investigación. Un papel esencial en la enseñanza en el campo de la informática lo desempeña el uso de métodos modernos para estudiar la organización arquitectónica y analizar el rendimiento del sistema de la CS. En este sentido, la aplicación de métodos de modelado en el proceso de estudio de las estructuras básicas de varios CS y la organización de procesos informáticos permite desarrollar una descripción matemática adecuada del objeto en estudio y crear software para realizar experimentos informáticos [Romanski, 2001, Arons , 2000]. El análisis de los resultados experimentales de la modelización [Bruyul, 2002] permite evaluar las principales características del sistema y el rendimiento del CS estudiado.
El uso de modelado en el proceso de estudio de la COP le permite explorar las características de la arquitectura y la organización de la computación y el control. Esto se puede hacer sobre la base de un experimento de modelo, cuya organización implica diseñar un modelo informático como una secuencia de tres componentes (modelo conceptual, modelo matemático, modelo de software) e implementar este modelo en un entorno operativo adecuado. Este artículo considera la posibilidad de utilizar diferentes métodos para estudiar la CS en el proceso de su estudio, y en particular la aplicación de principios de modelado para estudiar los procesos en curso, así como el análisis del rendimiento del sistema de CS. El objetivo principal es definir un procedimiento de modelado informático generalizado como una secuencia de etapas interrelacionadas y representar las etapas principales de la metodología de investigación del modelo. Para ello, en la siguiente parte se presenta la formalización general del procesamiento informático de la información y las características de los cálculos informáticos como objeto de estudio. La aplicación de los principios de la modelización en el proceso de estudio de la EC está asociada a la organización metodológica de la formación en el sentido tradicional, a distancia o distribuido.
Los sistemas informáticos como objeto de estudio y métodos de investigación
Uno de los principales objetivos de los cursos de formación especializada en el campo de los sistemas informáticos y la investigación del rendimiento es formar a los futuros y actuales diseñadores informáticos, desarrolladores de equipos informáticos y consumidores de CS en el uso correcto de las capacidades tecnológicas de modelado y medición de las características de los sistemas. Estas capacidades se utilizan tanto en el proceso de evaluación de la eficacia de nuevos proyectos informáticos como para el análisis comparativo de los sistemas existentes. En el proceso de aprendizaje, la tarea consiste en aclarar la secuencia de etapas de la investigación y la posibilidad de procesar los resultados experimentales para obtener estimaciones adecuadas de los índices de desempeño. Esta tarea se puede aclarar en función del área específica de formación informática y las peculiaridades de los principios del tratamiento informático de la información considerado.
Arroz. 1. Soporte de información de procesamiento informático.
En general, el procesamiento por computadora se ocupa de la implementación de ciertas funciones para transformar los datos de entrada en soluciones finales. Esto define dos niveles de transformación funcional de la información (Fig.1):
transformación matemática de la información: procesamiento de datos reales en forma de objetos matemáticos y está representado por una función generalizada f: D®R, que representa los elementos del conjunto de datos D en los elementos del conjunto de resultados R;
Implementación informática del procesamiento: representa una implementación específica f *: X®Y de la función matemática f, dependiendo del equipo informático y software, basada en una representación física adecuada de objetos de información reales.
Como resultado, es posible escribir un modelo funcional generalizado de procesamiento informático r = f (d) ºj 2 (f * [1 (d)]), donde las funciones j 1 y j 2 son auxiliares para codificar y decodificar información.
Considerando la EC como objeto de estudio, debe tenerse en cuenta que el procesamiento informático consta de procesos, cada uno de los cuales se puede representar en forma de una estructura I =, donde: t es el momento inicial del proceso; A - atributos que definen; T - traza del proceso. El último componente de la descripción formal determina la secuencia temporal de eventos e j para dirigir este proceso a los elementos del recurso del sistema S = (S 1, S 2,…, S n). La secuencia de etapas de tiempo y la carga del recurso del sistema permiten determinar el perfil del proceso de cálculo (Fig. 2).
Arroz. 2. Un perfil aproximado de un proceso informático.
El soporte de diferentes procesos en la organización del procesamiento informático forma la carga del sistema del entorno informático. Para cada momento (t = 1,2, ...) se puede representar por el vector V (t) = Vt =, cuyos elementos expresan el dispositivo libre (vj = 0) u ocupado (vj = 1) S j єS (j = 1, 2, ..., n).
Al estudiar la CS, es necesario determinar un conjunto de parámetros básicos del sistema que reflejen la esencia del procesamiento informático, y también desarrollar una metodología para estudiar el comportamiento de un recurso del sistema y los procesos en curso. Como parámetros principales del sistema (índices de rendimiento), se puede estudiar, por ejemplo, la carga de trabajo de cada elemento del recurso del sistema, la carga total del sistema de la CS, el tiempo de respuesta al resolver un complejo de tareas en modo multiprograma, el grado de la estabilidad (durabilidad) de los equipos, el costo del procesamiento informático, la eficiencia de la planificación paralela. o procesos pseudo-paralelos, etc.
Un curso típico de estudio en el campo de análisis e investigación del desempeño de la COP debe discutir los principales problemas teóricos y prácticos en las siguientes direcciones:
la posibilidad de investigar el rendimiento de los equipos informáticos y la eficiencia de los procesos informáticos;
aplicación de métodos de investigación efectivos (medición, modelado);
características tecnológicas de los parámetros del sistema de medición (referencia, seguimiento);
características tecnológicas y organización del modelado (analítico, simulación, etc.);
métodos de análisis de resultados experimentales.
Todo esto está asociado a la aplicación de este método de investigación y la selección de la instrumentación adecuada. En este sentido, la Fig. 3 muestra una clasificación aproximada de métodos para el estudio de CS y procesos. Se pueden identificar tres grupos principales:
Mezclas de software: representan relaciones matemáticas para evaluar el rendimiento del procesador en función de los factores de aplicación de las clases operativas individuales. Le permiten estimar la carga del procesador mediante análisis estadístico después de la ejecución de programas típicos.
Métodos de conteo: le permiten obtener información confiable sobre el curso de los procesos informáticos basados en el registro directo de ciertos valores de los parámetros disponibles del COP. Para hacer esto, es necesario utilizar o desarrollar una herramienta de conteo adecuada (monitor) y organizar la ejecución del experimento de conteo. Cabe señalar que los sistemas operativos modernos tienen sus propios monitores de sistema que se pueden utilizar a nivel de software o firmware.
Los métodos de modelado se utilizan cuando no existe un objeto real del experimento. El estudio de la estructura o procesos en curso en el CC se realiza a partir de un modelo informático. Refleja los aspectos más importantes del comportamiento de los parámetros estructurales y del sistema, según el objetivo. Para desarrollar un modelo, es necesario elegir el método de modelado más adecuado que le permita obtener la máxima adecuación y confiabilidad.
Arroz. 3. Clasificación de métodos para el estudio de la COP y procesos.
El proceso de aprendizaje tradicional implica la realización de un curso básico de conferencias junto con un conjunto de ejercicios en el aula y / o prácticas de laboratorio. En el campo de la informática, al estudiar la organización de la CS y los principios de la gestión de procesos informáticos (a niveles bajo y alto), así como al analizar el rendimiento del sistema, a menudo es necesario desarrollar modelos informáticos mientras se realizan tareas de laboratorio en el aula o al implementar proyectos de forma independiente. Para completar con éxito estos trabajos prácticos y obtener las habilidades prácticas necesarias, es necesario determinar la secuencia de etapas y presentar las características tecnológicas del desarrollo del modelo. Esto permitirá a los alumnos adquirir los conocimientos necesarios sobre el desarrollo de modelos informáticos adecuados y fiables para la investigación, evaluación y análisis comparativo del rendimiento del sistema de diferentes arquitecturas informáticas. Como resultado de esto, se propone un procedimiento generalizado para la realización de la modelización, así como un esquema metodológico para un modelo de estudio de CS y procesos.
El procedimiento de modelado informático en el estudio de CC y procesos.
La principal tarea del modelado informático en el estudio de la CS y los procesos es obtener información sobre índices de rendimiento. La planificación de un experimento modelo en el proceso de aprendizaje se lleva a cabo sobre la base de las siguientes etapas:
recopilación de datos empíricos para valores específicos de parámetros básicos del sistema;
estructuración y procesamiento de información empírica y desarrollo de un diagrama funcional del modelo;
determinación de información a priori y áreas de definición de parámetros operativos para el desarrollo de un modelo matemático adecuado del objeto original;
implementación de experimentos de modelos, acumulación de información del modelo y su posterior análisis.
Un procedimiento formalizado generalizado para un estudio modelo para organizar un experimento modelo se muestra en la Fig. 4.
Arroz. 4. Modelo de procedimiento de investigación.
El objetivo inicial viene determinado por la necesidad de estudiar un objeto real (sistema o proceso). Las principales etapas del procedimiento son las siguientes:
Determinación del concepto básico de construcción de un modelo descomponiendo un objeto en subsistemas e introduciendo un grado aceptable de idealización para algunos aspectos del comportamiento de los procesos del sistema.
Formalización matemática de la estructura y relación en el objeto investigado sobre la base de un sistema formal adecuado.
Descripción matemática del funcionamiento de un sistema real y desarrollo de un modelo funcional adecuado en función de la finalidad de la simulación.
Implementación de un modelo matemático utilizando el método de modelado más adecuado.
Descripción del modelo matemático creado mediante un entorno software adecuado (especializado o universal).
Realización de experimentos a partir del modelo creado y posterior procesamiento e interpretación de la información del modelo para estimar los parámetros del objeto de investigación.
Los principales métodos de modelado por computadora son los siguientes:
Métodos analíticos: utilice herramientas matemáticas para describir los componentes de un sistema real y los procesos en curso. Basado en el enfoque matemático elegido, el modelo matemático generalmente se construye como un sistema de ecuaciones que permite una fácil programación, pero la implementación requiere una alta precisión de las formulaciones y las hipótesis de trabajo aceptadas, así como una verificación significativa.
Métodos de simulación (imitación): el comportamiento de un objeto real es imitado por un simulador de software, que en su trabajo utiliza una carga de trabajo real (emulación) o un modelo de software de la carga de trabajo (simulación). Dichos modelos permiten el estudio de sistemas complejos y la obtención de resultados confiables, pero se realizan a tiempo y esto determina la principal desventaja del método: un consumo significativo de tiempo de computadora.
Los métodos empíricos son técnicas cuantitativas para registrar, acumular y analizar información sobre el funcionamiento de un objeto real, a partir de las cuales se puede construir un modelo estadístico para su estudio. Por lo general, se utilizan ecuaciones lineales o no lineales para representar la relación de parámetros seleccionados (por ejemplo, de un conjunto de factores primarios) y para calcular características estadísticas.
La tarea principal del modelado por computadora es crear un modelo adecuado, con la ayuda del cual es posible representar con precisión la estructura del sistema en estudio y los procesos en curso. El desarrollo de un modelo informático incluye tres niveles secuenciales: un modelo conceptual (el concepto conceptual de estructurar un modelo), un modelo matemático (imagen de un modelo conceptual por medio de un sistema matemático formal) y un modelo de software (implementación de software de un modelo). modelo matemático con un entorno lingüístico adecuado). En cada nivel de simulación por computadora, es necesario verificar la idoneidad del modelo para garantizar la confiabilidad del modelo final y la precisión de los resultados de los experimentos del modelo. La especificidad de las etapas individuales del procedimiento de modelado determina los enfoques aplicados y los medios para evaluar la adecuación. Estas características han encontrado un lugar en la metodología desarrollada de modelado por computadora, que se presenta a continuación.
Metodología de investigación del modelo
En el proceso de modelado por computadora, independientemente del método utilizado, es posible determinar un esquema metodológico generalizado de un modelo de estudio (Fig. 5). La secuencia metodológica formalizada propuesta incluye varias fases principales, que se presentan a continuación. Básicamente, representa un procedimiento iterativo para obtener la confiabilidad necesaria del modelo informático desarrollado a partir de la formulación de la hipótesis inicial del modelo y su posterior modificación. Este enfoque tiene éxito en el estudio de sistemas complejos, así como en ausencia de suficiente información a priori para el objeto en estudio.
Etapa "Formulación"
En la primera etapa del desarrollo del modelo, es necesario definir con precisión y claridad el objeto de modelado, las condiciones e hipótesis del estudio, así como los criterios para evaluar la eficiencia del modelo. Esto le permitirá desarrollar un modelo conceptual y definirlo en términos y conceptos abstractos. Por lo general, una descripción abstracta define los principios iniciales de la construcción de modelos (aproximaciones básicas, rangos de definición de variables, criterios de desempeño y tipos de resultados esperados). En esta etapa, se pueden identificar los siguientes subpasos:
Definición y análisis de la tarea. Incluye una esencia claramente definida de la tarea de investigación y la planificación de las actividades necesarias. Con base en el análisis del problema, se determina el alcance de las acciones esperadas y la necesidad de descomposición del problema.
Aclaración del tipo de información inicial. Esta información le permite obtener los resultados de salida correctos del modelado y, por lo tanto, es necesario proporcionar el nivel necesario de confianza en las estimaciones.
Introducción de supuestos e hipótesis. Esto es necesario si no hay suficiente información para implementar el modelo. Los supuestos reemplazan los datos faltantes o completos. Las hipótesis se refieren al tipo de posibles resultados o al entorno para la implementación de los procesos investigados. Durante el proceso de modelado, estas hipótesis y supuestos pueden aceptarse, descartarse o modificarse.
Determinación del contenido principal del modelo. Sobre la base del método de modelado aplicado, se informa la peculiaridad del objeto real, la tarea asignada y los medios de su solución. Los resultados de este subpaso incluyen la formulación del concepto básico del modelo, una descripción formalizada de los procesos reales y la selección de una aproximación adecuada.
Determinación de parámetros del modelo y selección de criterios de desempeño. En esta sub-etapa, se determinan los factores primarios y secundarios, las acciones de entrada y las respuestas esperadas del modelo, lo cual es especialmente importante para lograr la precisión requerida de la descripción matemática. El refinamiento de los criterios de eficiencia está asociado con la definición de dependencias funcionales para evaluar la respuesta del sistema al cambiar los parámetros del modelo.
Una descripción abstracta del modelo. La fase de formulación general del modelo conceptual completa la construcción del modelo abstracto en un entorno adecuado de términos abstractos, por ejemplo, en forma de diagrama estructural, como diagrama de flujo (Diagrama de flujo de datos), en forma de un diagrama gráfico (State Transition Network), etc. Esta representación abstracta facilita la construcción de un modelo matemático.
Arroz. 5. Esquema metodológico del modelo de investigación.
Diseño de escenario"
El diseño de un modelo informático está asociado al desarrollo de un modelo matemático y su descripción programática.
Un modelo matemático es una representación de la estructura del objeto en estudio y los procesos en curso en una forma matemática adecuada Y = Ф (X, S, A, T), donde: X es un conjunto de influencias externas; S - conjunto de parámetros del sistema; A - refleja el comportamiento funcional (algoritmos de funcionamiento); T es el tiempo de ejecución. Así, el comportamiento (reacción) del objeto Y simula un conjunto de influencias funcionales F, que representan dependencias analíticas (deterministas o probabilísticas). En este sentido, un modelo matemático es la descripción de un modelo abstracto mediante un sistema matemático elegido, evaluando las hipótesis y aproximaciones aceptadas, las condiciones iniciales y los parámetros de investigación definidos. Al desarrollar un modelo matemático, es posible aplicar fórmulas matemáticas conocidas, dependencias o leyes matemáticas (por ejemplo, distribuciones de probabilidad), así como combinarlas y complementarlas. Los sistemas matemáticos teóricos más comunes para el modelado brindan la oportunidad de presentar un modelo matemático en forma gráfica: redes de Petri, cadenas de Markov, sistemas de colas, etc., adecuación, y luego puede aprobarlo o rechazarlo.
Un modelo de software es la implementación de una descripción matemática en un lenguaje de software; para esto, se seleccionan los medios técnicos y tecnológicos adecuados. En el proceso de implementación del software, se desarrolla un diagrama lógico estructural y funcional del modelo sobre la base de un modelo matemático. Para construir este circuito, puede utilizar diagramas de bloques tradicionales o herramientas gráficas que están representadas por un entorno de simulación especializado, como en GPSS (Sistema de simulación de propósito general). La implementación de software del modelo es una tarea de desarrollo de software y en este sentido está sujeta a los principios de la tecnología de programación.
Etapa "Refinamiento"
Las acciones de esta etapa tienen como objetivo validar completamente el modelo diseñado y confirmar su adecuación. Una evaluación de la adecuación actual en las etapas anteriores es fundamental para su eficacia. En este sentido, el proceso de refinamiento del modelo debe considerarse como un conjunto de acciones distribuidas en todas las etapas previas del modelado por computadora. En términos generales, la etapa de refinamiento se puede considerar como un procedimiento iterativo (Fig. 6), que permite la modificación secuencial de la versión inicial del modelo desarrollado.
Arroz. 6. Un procedimiento iterativo para refinar el modelo.
El propósito principal de verificar la confiabilidad del modelo es determinar el nivel de precisión de la coincidencia al presentar los procesos de un objeto real y el mecanismo para registrar los resultados del modelo. En términos generales, un modelo informático representa una colección de componentes individuales y, en este sentido, es especialmente importante planificar correctamente las comprobaciones de adecuación.
Etapa "Ejecución"
Esta es la etapa de implementación del modelo creado (solución por método numérico o ejecución en el tiempo). El objetivo más importante es obtener la máxima información con la mínima pérdida de tiempo informático. Hay dos subestaciones:
Planificación de un experimento de modelo: determinación del valor de los factores controlados y las reglas para registrar los factores observados durante la ejecución del modelo. La elección de un diseño experimental específico depende del objetivo de investigación establecido mientras se optimiza el tiempo de ejecución. Para obtener un diseño eficaz, se suelen utilizar métodos estadísticos (diseño completo, diseño univariado, diseño aleatorizado, etc.) para eliminar la influencia conjunta de los factores observados y estimar el error experimental aceptable.
Implementación del experimento: preparación de datos de entrada, implementación informática del diseño experimental y almacenamiento de resultados experimentales. El experimento se puede implementar de la siguiente manera: modelado de control (para verificar el rendimiento y la sensibilidad del modelo y estimar el tiempo del modelo); Modelado de trabajo (implementación real del plan experimental desarrollado).
Etapa "Análisis e interpretación de los resultados del modelo"
Al implementar el plan de un experimento modelo, se acumula información (resultados de la simulación), la cual debe ser analizada para obtener una valoración y conclusiones sobre el comportamiento del objeto en estudio. Esto determina dos aspectos: la elección de métodos para analizar la información experimental y el uso de métodos adecuados para interpretar las estimaciones obtenidas. Esto último es especialmente importante para la formación de conclusiones correctas del estudio. En el sentido del primer aspecto, generalmente se utilizan métodos estadísticos: análisis descriptivos (cálculo de los valores límite de los parámetros, expectativa matemática, varianza y error cuadrático medio; determinación de la estratificación para el factor seleccionado; cálculo de un histograma, etc.); análisis de correlación (determinación del nivel de relación factorial); análisis de regresión (estudio de la relación causal en un grupo de factores); análisis de varianza (para establecer la influencia relativa de ciertos factores basados en resultados experimentales).
Los resultados del análisis de los datos del modelo se pueden presentar en forma numérica o tabular, utilizando dependencias gráficas, diagramas, histogramas, etc. Para elegir las herramientas gráficas adecuadas, es fundamental el método de análisis utilizado, así como las habilidades subjetivas del experimentador para formatear los resultados experimentales.
Conclusión
El objetivo principal de organizar cada experimento de modelo es implementar un modelado eficaz. Está asociado con el tiempo de la máquina: una cantidad significativa de procesamiento en el modelo aumenta el costo del modelado y disminuye la eficiencia. La validación y la convergencia rápidas del modelo son esenciales para la eficacia del estudio. Para cada sistema real, a menudo es necesario crear muchos modelos diferentes, que se diferencian en el método de descomposición y el nivel de detalle, el método de modelado, las herramientas de implementación de software, etc. En el proceso de elegir la mejor opción, solo la evaluación de precisión y adecuación es insuficiente. De los muchos modelos convergentes, debe elegir la opción más eficaz que dedique el mínimo tiempo a la implementación.
El lenguaje de implementación del software, así como la integridad del sistema formal de la representación abstracta del modelo conceptual, la simplicidad de los términos descriptivos, el desarrollo de un plan óptimo, etc., son fundamentales para lograr la suficiente eficiencia del modelo. El uso de sistemas de software universales difiere en ausencia de operadores de lenguaje específicos y, por lo tanto, son adecuados principalmente para modelos analíticos. Para la implementación de modelos de simulación, es ventajoso utilizar entornos de lenguaje especializados.
Bibliografía
[Bruehl 2002] Bruehl A. SPSS: El arte del procesamiento de la información. Análisis de datos estadísticos. San Petersburgo: DiaSoft, 2002, - 608 p.
[Romanski, 2001] Romanski R. Modelización matemática e investigación de las características temporales estocásticas de los procesos informáticos de procesamiento de datos // Tecnologías de la información. - Moscú, Rusia, 2001, No 2, - S. 51 - 55.
Arons H., van Asperen E. Asistencia informática para la definición del modelo // Actas de la 32ª Conferencia de simulación de invierno. Florida, EE.UU., diciembre de 2000. P. 399-408.
Benveniste A., Fabre E., Haar St. Redes de Markov: modelos probabilísticos para sistemas distribuidos y concurrentes // Transacciones IEEE sobre control automático. Noviembre de 2003, vol. 48, No 11. - P. 1936-1950.
Butler J.E., Brockman J. B. Una herramienta de aprendizaje basada en la web que simula una arquitectura de computadora simple // ACM SIGCSE Bulletin. Junio de 2001, vol. 33, No. 2. - págs. 47-50.
Crosbie R. E. Un plan de estudios modelo en modelado y simulación: ¿Lo necesitamos? ¿Podemos hacerlo? // Actas de la 32ª Conferencia de simulación de invierno. Diciembre de 2000. -P. 1666-1668.
Fabre E., Pigourier V. Monitoreo de sistemas distribuidos con algoritmos distribuidos // Actas de la 41ª Conferencia IEEE sobre Decisión y Control. - vol. 1.10-13 de diciembre de 2002 - P. 411-416.
Ibbett R.N. Visualización WWW de Simulaciones de Arquitectura de Computadora // Procedimientos de la Séptima Conf. Anual. sobre Innovación y Tecnología en la Educación en Ciencias de la Computación. Junio de 2002. P. 247.
Lilja D.J. Comparación de métodos de enseñanza para la enseñanza del análisis del rendimiento de sistemas informáticos // IEEE Trans. en educación. Febrero de 2001, vol. 44, No 1, - p. 35-40.
Music G., Zupancic B., Matko D. Petri, modelado basado en redes y diseño de control de supervisión en Matlab // Proceedings of the IEEE Conference EUROCON 2003 "Computers as a Tool". - vol. 1.22-24 de septiembre 2003. - Eslovenia. - P. 362-366.
Pandey S., Ramamritham K., Chakrabarti S. Monitoreo de la Web dinámica para responder a consultas continuas // Actas de la 12ª Conferencia Internacional sobre World Wide Web. Hungría, mayo de 2003, p. 659-668.
Pockec P., Mardini W. Modelado con colas: un estudio empírico // Actas de la Conferencia Canadiense de Ingeniería Eléctrica e Informática. - vol. 1. 13-16 de mayo de 2001. - P. 685-689.
Romansky R. et todos. Una organización de InfoNet de red informativa para e-Learning distribuido // Actas de la 3ª Conferencia internacional sobre sistemas y tecnologías informáticas (e-Learning). 20 a 21 de junio de 2002. Sofía, Bulgaria. - P. IV.4-1 - IV.4-6.
Sargent R.G. Verificación y validación de modelos de simulación // Actas de la Conferencia de simulación de invierno de 2003. - vol. 1. 7-10 de diciembre de 2003. - P. 27-48.
Stahl, I. GPSS: 40 años de desarrollo // Actas de la 33ª Conferencia de simulación de invierno. Diciembre de 2001. - P. 577-585.
Ye D, Xiaofer Xu, Yuliu Chen. Metodología de modelado integrado para empresas virtuales // Actas de la 10ª Conferencia sobre Computación, Comunicaciones, Control e Ingeniería de Energía. - vol. 3. Octubre de 2002. - P. 1603-1606.
Enseñanza de modelado informático en el curso de informática de la escuela.
En nuestro trabajo de investigación, asumimos que lo más efectivo en términos de desarrollar las habilidades creativas de los estudiantes es el material relacionado con el modelado de información. Antes de probar esta hipótesis, consideremos el lugar y la importancia del modelado por computadora, las metas y objetivos de la enseñanza del modelado por computadora y los conceptos formados en la enseñanza del modelado.
El lugar y la importancia del modelado informático en el curso de informática de la escuela.
En el mínimo obligatorio de los contenidos de la educación en informática se encuentra la línea "Modelado y formalización", que junto a la línea de información y procesos de información, es la base teórica del curso básico de informática.
No se debe suponer que el tema del modelado es puramente teórico e independiente de todos los demás temas. La mayoría de los apartados del curso básico están directamente relacionados con la modelización, incluyendo temas relacionados con la línea tecnológica del curso. Los editores de texto y gráficos, DBMS, procesadores de hojas de cálculo, presentaciones por computadora deben considerarse como herramientas para trabajar con modelos de información. La algoritmización y la programación también están directamente relacionadas con el modelado. En consecuencia, la línea de modelado es transversal para muchas secciones del curso básico.
Según Beshenkov S.A. y otros temas "Información y procesos de información" y "Formalización y modelado" son temas clave en el curso de la informática. Estos temas combinan temas de cursos tradicionales como "Algoritmos y ejecutores", "Tecnologías de la información", etc. en un solo todo.
Los creadores de los cursos del autor "Informática en juegos y tareas" e "Informática-plus" creen que la tarea principal del curso de informática escolar es la formación y desarrollo de la capacidad de analizar y construir modelos lógicos de información.
Boyarshinov M.G. considera conveniente introducir un curso de modelado informático dentro de la asignatura de informática, cuyo propósito será familiarizar a los estudiantes con los métodos de resolución de problemas de física, química, matemáticas, economía, ecología, medicina, sociología, disciplinas humanitarias, diseño y problemas tecnológicos que utilizan la tecnología informática moderna.
A.A. Kuznetsov, S.A. Beshenkov, E.A. Rakitina Consideramos que los componentes principales del curso de informática, que le confieren un carácter sistémico, son "Procesos de información", "Modelos de información", "Bases de información de la gestión". La solución al problema siempre comienza con el modelado: construir o elegir varios modelos: el modelo del contenido del problema (formalización de condiciones), el modelo del objeto elegido como uno de trabajo para resolver este problema específico, el modelo (método) de la solución y el modelo del proceso de resolución del problema.
Así, el estudio de los procesos de información, como cualquier fenómeno del mundo externo en general, se basa en la metodología de modelado. La especificidad de la informática es que utiliza no solo modelos matemáticos, sino también modelos de todo tipo de formas y tipos (texto, tabla, figura, algoritmo, programa): modelos de información. El concepto de modelo de información le da al curso de ciencias de la computación esa amplia gama de conexiones intersujetos., cuya formación es una de las principales tareas de este curso en la escuela básica. La actividad misma de construir un modelo de información, el modelado de información, es un tipo generalizado de actividad que caracteriza a la ciencia de la información.
Uno de los métodos efectivos para conocer la realidad circundante es el método de modelado, que es una poderosa herramienta analítica que ha absorbido todo el arsenal de las últimas tecnologías de la información.
La naturaleza generalizadora del concepto de "modelado de información" se debe al hecho de que cuando trabajamos con información, siempre tratamos con modelos de información prefabricados (actuamos como su observador) o desarrollamos modelos de información.
El modelado de información no es solo un objeto de estudio en informática, sino también la forma más importante de actividad cognitiva, educativa y práctica. También puede verse como un método de investigación científica y como una actividad independiente.
I. I. Zubko El modelado de información se define como "un nuevo método científico general de conocer los objetos de la realidad circundante (real e ideal), centrado en el uso de una computadora". El modelado se ve como una forma de conocer, por un lado, y como un contenido que debe ser asimilado por los estudiantes, por otro. El autor cree que la enseñanza más eficaz del modelado de información es posible si el método del proyecto se implementa en la práctica, que integra la investigación, el trabajo independiente y creativo en una variedad de formas.
Galygina I.V. considera que la formación en modelización de información es aconsejable que se lleve a cabo sobre la base de los siguientes enfoques:
modelo, según el cual el modelado se considera un instrumento de cognición, un objeto de estudio y un medio de enseñanza;
objeto, que implica la selección y análisis de diferentes tipos de objetos: el objeto de estudio, el modelo de información como nuevo objeto, objetos del lenguaje de modelado utilizado para construir el modelo.
El modelado de información en pedagogía se puede considerar en tres aspectos, como:
una herramienta cognitiva, ya que la adquisición de nuevos conocimientos sobre un objeto real correspondiente a un modelo de información, objetos del lenguaje de modelado utilizado para describir este modelo ocurre en el proceso de construcción e investigación del modelo;
una herramienta de aprendizaje, ya que el proceso de aprendizaje en la mayoría de los casos está asociado al funcionamiento de modelos de información del objeto estudiado, como una descripción verbal, una imagen gráfica,
representación de fórmulas de regularidades, etc.;
el objeto de estudio, ya que el modelo de información puede ser considerado como un objeto de información independiente, con sus características, propiedades, características inherentes.
La principal diferencia entre estos aspectos desde el punto de vista del alumno es que en el primer caso, en el proceso de actividad cognitiva, el propio alumno construye un modelo del objeto estudiado a partir de su propia experiencia, conocimientos y asociaciones. En el segundo caso, se proporciona al alumno un modelo del objeto estudiado, elaborado por el profesor, el autor del libro de texto o el creador de una teoría científica. En este último caso, el conjunto de modelos es el objeto de estudio.
La inclusión en la línea de contenido "Modelado y formalización" del curso básico de informática del módulo "Modelado de información" creará una base sólida para:
uso consciente de modelos de información en actividades educativas;
familiarización de los estudiantes con la metodología de las actividades de investigación científica;
posterior estudio en profundidad del modelado de información en cursos especializados en informática.
Titova Yu.F. cree que la función educativa más importante es el desarrollo del potencial creativo de los estudiantes. La experiencia de la actividad creativa se forma a través de la solución de tareas problemáticas de diferentes direcciones y, en particular, a través de actividades de investigación. El modelado es una de las herramientas de investigación más importantes. El autor ha desarrollado una metodología para la enseñanza del modelado en un curso básico de informática, combinando material teórico, que se basa en un enfoque formalizado para el desarrollo y estudio de modelos, y un conjunto de tareas de investigación que integra conocimientos de diversas áreas educativas. El autor cree que el uso de esta técnica asegurará el desarrollo de una amplia gama de habilidades intelectuales en los estudiantes, tales como abstracción y concretización, generalización, clasificación, análisis y comprensión de los resultados de sus acciones.
Cargando...