Študent magisterského štúdia

Mordovský štátny pedagogický inštitút pomenovaný po M.E. Evsevieva

Katedra informatiky a počítačového inžinierstva

Safonov V.I., kandidát fyzikálnych a matematických vied, docent Katedry informatiky a počítačového inžinierstva

Anotácia:

Článok ukazuje dôležitosť modelovania v školskom kurze informatiky. Demonštrované modelovacie a klasifikačné modely predvedené softvérové ​​a interaktívne prostredie na realizáciu počítačovej simulácie.

Kľúčové slová:

modelovanie; počítačová veda; formalizácia; Model; matematický model; matematické modelovanie.

modelovanie; počítačová veda; formalizácia; Model; matematický model; matematického modelovania.

MDT 004

Štúdium modelingu je významnou súčasťou prípravy školákov. Modelovanie je potrebné považovať za spôsob rozvoja myslenia žiaka a navyše aj za nástroj riešenia rôznych problémov. Modelovanie je dôležitou metódou vedeckého poznania. V rôznych predmetoch sa okrem informatiky študuje modelovanie napríklad v matematike, fyzike, biológii, chémii atď. Priamo na hodinách informatiky sa však uvažuje o krokoch zostavenia modelu, kontroly modelu, tvorby modelov v rôznych počítačových programoch.

Takmer všetky témy školského kurzu informatiky súvisia s modelovaním, vrátane algoritmov a programovania. Autori učebníc informatiky sa domnievajú, že najdôležitejšou úlohou pri výučbe modelovania je formovanie schopnosti analyzovať a zostavovať modely. Tieto zručnosti sú však potrebné aj v iných častiach informatiky, napríklad „Informačné procesy“. Modelovanie je teda prítomné v mnohých častiach kurzu informatiky a je základom pri štúdiu školského kurzu informatiky.

V rámci informatiky sa neštudujú len matematické modely, ale aj informačné, ktoré zahŕňajú obrázky, tabuľky, programy, algoritmy, čo dáva informatike interdisciplinárny charakter.

Model je zjednodušená podobnosť so skutočným objektom alebo procesom. Kľúčovým pojmom v modelovaní je cieľ. Cieľom modelovania je účel budúceho modelu. Cieľ definuje vlastnosti pôvodného objektu, ktorý sa má reprodukovať v modeli. Modelovať je možné materiálne objekty aj procesy. Informačný model je popis objektu, ktorý sa má modelovať. Na základe prezentácie sú modely rozdelené na tabuľkové, grafické, objektovo-informačné a matematické.

Formalizácia je nahradenie reálneho objektu alebo procesu jeho formálnym popisom, t.j. jeho informačný model. Obsahová línia témy modelovanie plní najdôležitejšiu úlohu: rozvoj systémového myslenia žiakov.

Tabuľky sú najbežnejším a najpohodlnejším nástrojovým prostredím na riešenie problémov matematického modelovania. Matematický model je popis stavu správania akéhokoľvek reálneho systému (procesu, objektu) v jazyku matematiky, t.j. pomocou vzorcov, rovníc a iných matematických vzťahov. Implementácia matematického modelu je použitie špecifickej metódy na výpočet hodnôt výstupných parametrov z hodnôt vstupných parametrov. Technológia tabuľkového procesora je jednou z metód implementácie matematického modelu. Existujú aj metódy na implementáciu matematického modelu, ktoré zahŕňajú zostavovanie programov v programovacích jazykoch, využitie matematických balíkov (MathCad, Mathematics, 1C: Mathematical Designer a pod.), využitie špecializovaných softvérových systémov na modelovanie. Matematické modely vytvorené takýmito prostriedkami sa nazývajú počítačové matematické modely.

Prepojená výučba informatiky, matematiky a fyziky umožňuje oboznámiť študentov s využitím aplikovaných matematických balíkov ako nástroja na riešenie typických problémov. Preto časť „Modelovanie a formalizácia“ odhaľuje metapredmetovú úlohu informatiky.

Modelovanie je jednou z ťažkých častí školského kurzu informatiky. Obsahovo-štrukturálna zložka „Modelovanie a formalizácia“ je dôležitou zložkou disciplíny, ktorá sa neustále zdokonaľuje, v dôsledku čoho ešte nie je ukončené štúdium metodiky jej štúdia. V súčasnosti existuje veľké množstvo metód výučby počítačového modelovania, ktoré sa aktívne využívajú na hodinách informatiky v škole.

Softvérová a zdrojová podpora témy "Informačné modelovanie" na úrovni základného všeobecného a stredného všeobecného vzdelávania je reprezentovaná softvérovými a internetovými zdrojmi, najmä prostriedkami jednej kolekcie digitálnych vzdelávacích zdrojov.

Jedným z dostupných modelovacích nástrojov je kancelárska aplikácia Microsoft Excel, keďže takmer všetky školy majú balík MS Office. Microsoft Excel je tabuľkový procesor, ktorý vám umožňuje analyzovať veľké množstvo údajov. Tento program využíva viac ako 600 matematických, finančných, štatistických a iných špecializovaných funkcií, pomocou ktorých môžete navzájom spájať rôzne tabuľky, voliť ľubovoľné formáty prezentácie údajov a vytvárať hierarchické štruktúry.

Mathcad je inžinierska a matematická výpočtová aplikácia, priemyselný štandard na vykonávanie, distribúciu a ukladanie výpočtov. Mathcad je univerzálny systém, t.j. možno použiť v akejkoľvek oblasti vedy a techniky - všade tam, kde sa uplatňujú matematické metódy.

KOMPAS je počítačom podporovaný návrhový systém. Pomocou systému KOMPAS môžete vytvárať 3-rozmerné asociatívne modely dielcov a jednotlivých celkov, ktoré obsahujú originálne alebo štandardizované konštrukčné prvky.

Blender je bezplatný softvér na 3D modelovanie. Trik v tomto programe je v tom, že pri vytváraní 3D scény je možné obslužné okno rozdeliť na časti, z ktorých každá bude samostatným oknom so špecifickým pohľadom na 3D scénu, pravítkom časovej osi a nastavením objektu. Počet takýchto častí je obmedzený iba rozlíšením obrazovky. Aplikácia má aj nástroje na spline modelovanie a na generovanie 3D objektov sa používajú aj B-spline a Bézierove krivky.

Počítačová simulácia má množstvo výhod len pri plnom využití výpočtových a grafických možností počítača, čo umožní realizovať rôznorodosť možností príslušného softvéru.

Príklad grafického riešenia rovnice v interaktívnom prostredí „1C: Mathematical Designer“:

Koľko riešení má rovnica log1 / 16x = (1/16) x? Grafy ľavej a pravej strany majú na prvý pohľad len jedno riešenie ležiace na priamke y = x (obr. 1). Pomocou nástrojov Zoom a Shift Sheet však môžete priblížiť obrázok a objaviť nečakané prepletenie dvoch grafov, ktoré vedie k trom, nie jednému, koreňom!

Ryža. 1. Riešenie grafickej rovnice

Intuícia v tomto prípade klame: ak tieto grafy rovnice nakreslíme ručne, uvidíme, že rovnica má jeden koreň – v priesečníku oboch grafov s priamkou r = X(t. j. koreň rovnice (1/16) X = X). Ale je ľahké si všimnúť a overiť pomocou substitúcie, že čísla X= 1/2 a X= 1/4 sú tiež korene. Odkiaľ prišli?
Ak zostavíte grafy v „Matematickom konštruktore“, tak program nájde tri body ich priesečníka (obr. 2), hoci v blízkosti týchto bodov pri „normálnej“ mierke grafy „zlepia“. Pomocou nástroja Zmeniť mierku môžete zväčšiť obrázok a vidieť, ako sú grafy "prepletené".

Ryža. 2. Riešenie grafickej rovnice

Vytváranie jednoduchých grafických modelov, ako napríklad riešenie jednoduchých matematických úloh, je teda vhodné už v základnom kurze informatiky. Samovývoj grafických modelov si vyžaduje znalosti programovania, a to sa týka materiálu so zvýšenou náročnosťou, ktorý sa študuje v špecializovanom kurze informatiky alebo ako súčasť voliteľného kurzu.

Bibliografia:

1. Korolev, A. L. Počítačové modelovanie / A. L. Korolev. Koroljov. - M: BINOM. Vedomostné laboratórium, 2010 - 230 s.
2. Safonov, V.I. Počítačové modelovanie: učebnica. príspevok / V.I.Safonov. - Mordov. Štát Ped. v – t. - Saransk, 2009 .-- 92 s.
3. Tarasevič, Yu.Yu. Matematické a počítačové modelovanie. Úvodný kurz: učebnica. manuál / Yu.Yu. Tarasevič. - M.: LIBROKOM, 2013 .-- 152 s.

Recenzie:

25.11.2017, 14:51 Feofanov Alexander Nikolajevič
Preskúmanie: Článok je zle štruktúrovaný, nie je jasné, kto je čitateľ. Nechajte ich ukázať rozdiel medzi 1 a 2 obrázkom. Čo by som si mal predstaviť a čo je - toto je opakovanie obr. 1.Po revízii je možná publikácia v časopise. Doktor technických vied prof. Feofanov A.N.

19.12.2017, 20:53 Feofanov Alexander Nikolajevič
Preskúmanie: Urobili ste nejaké úpravy v materiáli? (na odkaze nič nie je) - kto je čitateľ (učiteľ alebo študent). Pre koho je článok určený? - rozdiel na obr. 1 a 2 - musia byť rôzne mierky. Ale toto sa nestalo! Mierka na obrázkoch zostáva rovnaká. Na 1 obrázku neboli priesečníky viditeľné, na 2 boli nastavené. Ale to nie je výsledok počítačových simulácií. - v článku sú opakovania. Doktor technických vied prof. Feofanov A.N.

19.12.2017 21:21 Odpoveď na recenziu autora Natalya Sergeevna Rezaeva:
Čitateľ je väčšinou študent, ale čiastočne aj učiteľ. Práve pomocou programu si môžete tento graf zväčšiť a vidieť tieto priesečníky, toto všetko sa v programe zväčšuje a zmenšuje a zväčšovať to na obrázkoch nemá zmysel.

20.12.2017, 7:31 Feofanov Alexander Nikolajevič
Preskúmanie: Je lepšie a prehľadnejšie ukázať príklad s trojuholníkmi alebo kružnicami (priesečníky, spoločné body atď.) A článok neprezrádza funkčnosť automatizovaného škálovania programu „1C: Mathematical Designer“. Feofanov A.N.

22.01.2018, 16:16 Bovtruk Natalia Sergeevna
Preskúmanie: článok má veľmi dobrý názov a článok len trochu analyzuje programy. Je potrebné viac rozobrať podstatu programov vo vašom prípade.

480 RUB | 150 UAH | 7,5 $, MOUSEOFF, FGCOLOR," #FFFFCC ", BGCOLOR," # 393939 ");" onMouseOut = "return nd ();"> Dizertačná práca - 480 rubľov, dodávka 10 minút 24 hodín denne, sedem dní v týždni

240 RUB | 75 UAH | 3,75 $ ", MOUSEOFF, FGCOLOR," #FFFFCC ", BGCOLOR," # 393939 ");" onMouseOut = "return nd ();"> Abstrakt - 240 rubľov, doručenie 1-3 hodiny, od 10-19 (moskovský čas), okrem nedele

Rozová Natália Borisovna. Aplikácia počítačového modelovania vo vyučovacom procese: 13.00.01, 13.00.02 Rozová, Natalia Borisovna Aplikácia počítačového modelovania vo vyučovacom procese (Na príklade štúdia molekulovej fyziky na strednej škole): Diz. ... Cand. ped. Vedy: 13.00.01, 13.00.02 Vologda, 2002 163 s. RSL OD, 61: 03-13 / 523-2

Úvod

Kapitola 1. Modely a modelovanie vo vede a vyučovaní 14

1.1 Modely a modelovanie v modernej vede 14

1.2 Aplikácia modelov v procese výučby žiakov 26

1.3 Počítačová simulácia vo vyučovaní 33

Kapitola 2. Psychologické a pedagogické základy počítačového učenia 50

2.1 Psychologické a pedagogické aspekty počítačového učenia 50

2.2 Vlastnosti vzdelávacích aktivít a ich riadenie na základe počítačového učenia 58

Kapitola 3. Spôsoby organizácie a vedenia vyučovania fyziky v 10. ročníku strednej školy pri štúdiu témy „Molekulárna fyzika“ s využitím počítačového modelovania 74

3.1 Analýza stavu počítačového modelovania v časti „Molekulárna fyzika“ 74

3.2 Charakteristika experimentálneho programu na počítačovú simuláciu dynamiky mnohočasticových systémov a možnosti jeho využitia v edukačnom procese 83

3.3 Spôsoby organizácie a vedenia hodín fyziky v 10. ročníku pri štúdiu sekcie „Molekulárna fyzika“ na základe experimentálneho programu 92

4.1 Úlohy experimentu a organizácia jeho priebehu 128

4.2 Rozbor výsledkov pedagogického experimentu 140

Záver 147

Úvod do práce

Jedným z najdôležitejších smerov rozvoja spoločnosti je vzdelávanie. Vzdelávanie „funguje“ pre budúcnosť, určuje osobné vlastnosti každého človeka, jeho vedomosti, zručnosti, návyky, kultúru správania, svetonázor, čím vytvára ekonomický, morálny a duchovný potenciál spoločnosti. Informačné technológie sú jedným z hlavných nástrojov vzdelávania, preto je vypracovanie stratégie ich rozvoja a využívania vo vzdelávaní jedným z kľúčových problémov. V dôsledku toho naberá využívanie výpočtovej techniky na celoštátnom význame. Mnohí odborníci sa domnievajú, že v súčasnosti počítač umožní kvalitatívny prielom vo vzdelávacom systéme, keďže učiteľ má do rúk mocný učebný nástroj. Zvyčajne existujú dva hlavné smery informatizácie. Prvý smeruje k dosiahnutiu univerzálnej počítačovej gramotnosti, druhý je využívať počítač ako prostriedok na zvýšenie efektivity učenia.

V školiacom systéme existujú dva typy činností: vyučovanie a učenie. N.F. Talyzina a T.V. Gabay navrhol zvážiť úlohu počítača pri učení z hľadiska funkcie, ktorú vykonáva.

Ak počítač plní funkciu riadenia vzdelávacích aktivít, potom ho možno považovať za vyučovací nástroj, ktorý nahrádza učiteľa, keďže počítač simuluje vzdelávacie aktivity, kladie otázky a reaguje na odpovede a otázky študenta ako učiteľa.

Ak sa počítač používa iba ako prostriedok vzdelávacej činnosti, potom sa jeho interakcia so študentmi uskutočňuje ako „používateľ počítača“. V tomto prípade počítač nie je nástrojom na učenie, hoci dokáže sprostredkovať nové poznatky. Preto, keď hovoria o počítačovom učení, majú na mysli používanie počítača ako prostriedku na riadenie vzdelávacích aktivít.

Napriek tomu, že stále neexistuje jednotná klasifikácia vzdelávacích programov, mnohí autori medzi nimi rozlišujú týchto päť typov: tréning, mentoring, problémové učenie, napodobňovanie a modelovanie, hra. Počítačové modely majú najvyššie hodnotenie medzi vyššie uvedenými. Podľa V.V. Laptev, „počítačový model je softvérové ​​prostredie pre výpočtový experiment, ktoré kombinuje na základe matematického modelu javu alebo procesu prostriedky interaktívnej interakcie s objektom experimentu a vývoj prostriedkov na zobrazovanie informácií. ... Počítačové modely sú hlavným objektom pre výpočtovú fyziku, ktorej osobitá metóda je výpočtový experiment, je rovnako ako výrazná metóda experimentálnej fyziky prirodzený experiment." Akademik V.G. Razumovsky poznamenáva, že „zavedením počítačov do vzdelávacieho procesu sa zvyšujú možnosti mnohých metód vedeckého poznávania, najmä metódy modelovania, ktorá môže prudko zvýšiť intenzitu tréningu, keďže pri modelovaní sa zvýrazňuje samotná podstata javov a ich všeobecnosť sa stáva jasnou."

Súčasný stav počítačových školení je charakterizovaný veľkým súborom školiacich programov, ktoré sa výrazne líšia kvalitou. Faktom je, že v počiatočnej fáze elektronizácie škôl si učitelia, ktorí používali počítačové vzdelávanie, vytvorili vlastné školiace programy, a keďže neboli profesionálnymi programátormi, programy, ktoré vytvorili, boli neúčinné. Preto spolu s programami, ktoré poskytujú problémové učenie, počítačové modelovanie atď., existuje veľké množstvo primitívnych tréningových programov, ktoré neovplyvňujú efektivitu tréningu. Úlohou učiteľa teda nie je vypracovávať vzdelávacie programy, ale využívať hotové kvalitné programy, ktoré spĺňajú moderné metodické, psychologické a pedagogické požiadavky.

Jedným z hlavných kritérií didaktického významu programov modelovania je možnosť realizovať výskum, ktorý bol predtým v školskej triede fyziky nerealizovateľný. Obsah telesnej výchovy obsahuje množstvo oddielov, v ktorých prírodný experiment iba kvalitatívne opisuje skúmaný jav alebo proces. Použitie počítačových modelov by tiež umožnilo vykonať kvantitatívnu analýzu týchto objektov.

Jednou z týchto oblastí školskej fyziky je molekulová fyzika, stav počítačového učenia, ktorý budeme analyzovať. Študenti sa pri jej štúdiu stretávajú s kvalitatívne novou formou pohybu hmoty – tepelným pohybom, v ktorom okrem zákonov mechaniky fungujú aj zákony štatistiky. Prírodné experimenty (Brownov pohyb, difúzia, interakcia molekúl, vyparovanie, povrchové a kapilárne javy, zmáčanie) potvrdzujú hypotézu o molekulárnej štruktúre hmoty, ale neumožňujú pozorovať mechanizmus prebiehajúcich fyzikálnych procesov. Mechanické modely: Sternov experiment, Galtonova doska, inštalácia na demonštráciu zákonov plynu umožňuje ilustrovať Maxwellov zákon rozloženia molekúl plynu v závislosti od rýchlosti a experimentálne získať vzťahy medzi tlakom, objemom a teplotou, ktoré sú potrebné na odvodenie zákonov plynu.

Použitie modernej elektronickej a elektronickej výpočtovej techniky umožňuje výrazne doplniť návrh a priebeh experimentu. Bohužiaľ, počet prác na túto tému je veľmi malý.

Príspevok popisuje využitie počítača na demonštráciu závislosti rýchlosti molekúl rôznych plynov od teploty, výpočet zmien vnútornej energie telesa pri vyparovaní, tavení a kryštalizácii, ako aj využitie počítača v spracovanie laboratórnych prác. Tu je popis lekcie o určovaní účinnosti ideálneho tepelného motora na základe Carnotovho cyklu.

Techniku ​​nastavenia experimentu s využitím elektronickej a elektronickej výpočtovej techniky popisuje V.V. Laptev. Schéma experimentu vyzerá takto: namerané hodnoty - snímače - analógovo-digitálny prevodník-mikrokalkulátor MK-V4 alebo počítač Yamaha. Podľa tohto princípu bola navrhnutá univerzálna elektromechanická inštalácia na štúdium fyziky zákonov plynov v školskom kurze.

V knihe AS Kondrat'eva a VV Lapteva "Fyzika a počítač" boli vyvinuté programy, ktoré analyzujú vo forme grafov vzorec Maxwellovho rozdelenia molekúl podľa rýchlostí, používajú Boltzmannovu distribúciu na výpočet výšky výstupu a štúdium. Carnotov cyklus.

I.V. Grebenev predstavuje program, ktorý simuluje prenos tepla zrážkou častíc dvoch telies.

V článku „Modelovanie laboratórnej práce fyzickej dielne“ V.T. Petrosyan a ďalší obsahujú program na modelovanie Brownovho pohybu častíc, ktorých počet je stanovený experimentom.

Najúplnejším a najúspešnejším rozvojom sekcie molekulovej fyziky je vzdelávací počítačový kurz „Otvorená fyzika“ LLP NTs FYZIKA. Modely v ňom prezentované pokrývajú celý kurz molekulovej fyziky a termodynamiky. Pre každý experiment sú prezentované počítačové animácie, grafy a numerické výsledky. Kvalitné programy, užívateľsky prívetivé, umožňujú sledovať dynamiku procesu pri zmene vstupných makroparametrov.

Zároveň je tento počítačový kurz podľa nášho názoru najvhodnejší na upevnenie preberanej látky, znázornenie fyzikálnych zákonitostí a samostatnú prácu študentov. Aplikácia navrhovaných experimentov ako počítačových demonštrácií je však náročná, keďže nemajú metodickú podporu, nie je možné kontrolovať čas prebiehajúceho procesu.

Treba poznamenať, že do dnešného dňa „nebol vypracovaný žiadny ustálený názor na konkrétnu indikáciu: kde a kedy používať počítač vo vzdelávacom procese, nezískali sa žiadne praktické skúsenosti s hodnotením vplyvu počítača na efektívnosť školenia, neexistujú žiadne stanovené regulačné požiadavky na typ, typ a parametre hardvérového vzdelávacieho softvéru“.

Otázky o metodickej podpore pedagogického softvéru kládol I.V. Grebenev. „Za najdôležitejšie kritérium efektívnosti počítačového učenia by sa mala pravdepodobne považovať možnosť študentov získať nové, dôležité poznatky z predmetu v dialógu s počítačom, a to na takej úrovni alebo s takým charakterom kognitívnej činnosti, ktoré nemožné s bezstrojovým učením, samozrejme za predpokladu, že ich pedagogický efekt bude platiť za čas strávený učiteľom a žiakom“.

To znamená, že na to, aby používanie počítača prinieslo skutočný úžitok, je potrebné zistiť, kde je existujúca metodika nedokonalá, a ukázať, aké vlastnosti počítača a ako môžu zvýšiť efektivitu tréningu.

Analýza stavu počítačového modelovania ukazuje, že:

1) počítačové modelovanie predstavuje malý počet programov vo všeobecnosti a najmä tých, ktoré simulujú fyzikálne procesy založené na ustanoveniach teórie molekulovej kinetiky (MKT);

2) v programoch, ktoré simulujú na základe MCT, neexistujú žiadne kvantitatívne výsledky, ale existuje len kvalitatívna ilustrácia akéhokoľvek fyzikálneho procesu;

3) vo všetkých programoch nie je uvedené spojenie medzi mikroparametrami časticového systému a jeho makroparametrami (tlak, objem a teplota);

4) neexistuje vypracovaná metodika na vedenie vyučovacích hodín pomocou počítačových simulačných programov pre množstvo fyzikálnych procesov MCT.

To určuje relevantnosť štúdie.

Predmetom výskumu je proces učenia sa na strednej všeobecnovzdelávacej škole.

Predmetom výskumu je proces využitia počítačového modelovania vo vyučovaní fyziky na stredných školách.

Účelom výskumu je študovať pedagogické možnosti počítačového modelovania a vyvinúť metodickú podporu pre využitie programov počítačového modelovania na základe učiva školského kurzu fyziky.

Na základe účelu štúdie boli v práci stanovené tieto úlohy:

1) vykonať holistickú analýzu možností využitia počítačového modelovania v procese učenia;

2) určiť psychologické a pedagogické požiadavky na vzdelávacie počítačové modely;

3) analyzovať domáce a zahraničné počítačové programy, ktoré simulujú fyzikálne javy a poskytujú skutočný vzdelávací efekt;

4) vypracovať počítačový simulačný program založený na fyzikálnom obsahu stredoškolského všeobecného vzdelávania (časť „Molekulárna fyzika“);

5) skontrolovať aplikáciu experimentálneho počítačového simulačného programu a vyhodnotiť jeho didakticko-metodický výsledok.

Výskumná hypotéza.

Kvalita vedomostí, zručností a informačnej kultúry študentov sa môže zvýšiť, ak sa v procese výučby fyziky využívajú počítačové simulačné programy, ktorých metodická podpora je nasledovná:

Adekvátne k teoretickým základom počítačového modelovania vo vzdelávacom procese sú určené úlohy, miesto, čas, forma využitia edukačných počítačových modelov;

Uskutočňuje sa variabilita foriem a metód riadenia činnosti študentov;

Školáci sú trénovaní na prechod z reálnych predmetov na modely a späť.

Metodologický základ výskumu tvoria: systémové a činnostné prístupy k štúdiu pedagogických javov; filozofické, kybernetické, psychologické teórie počítačového modelovania (A.A. Samarsky, V.G. Razumovsky, N.V. Razumovskaya, B.A.Glinsky, B.V.Biryukov, V.A. iné); psychologické a pedagogické základy informatizácie vzdelávania (V.V. Rubtsov, E.I.Mash-bits) a koncepcia rozvoja vzdelávania (L.S.Vygotsky, D.B. Elkonin, V.V. P.Ya. Halperin).

Výskumné metódy:

Vedecký a metodologický rozbor filozofickej, psychologickej, pedagogickej a metodologickej literatúry k skúmanému problému;

Rozbor skúseností učiteľov, rozbor vlastných skúseností s vyučovaním fyziky na strednej škole a metódy fyziky na vysokej škole;

Analýza modelovacích počítačových programov o molekulovej fyzike od domácich a zahraničných autorov s cieľom určiť obsah programu;

Modelovanie fyzikálnych javov v molekulovej fyzike;

Počítačové experimenty založené na vybraných simulačných programoch;

Otázky, rozhovor, pozorovanie, pedagogický experiment;

Metódy matematickej štatistiky.

Báza výskumu: školy č. 3, 11, 17 vo Vologde, Vologdské štátne prírodné a matematické lýceum, Fyzikálna a matematická fakulta Vologdskej štátnej pedagogickej univerzity.

Výskum prebiehal v troch etapách a mal nasledovnú logiku.

V prvej etape (1993-1995) bol stanovený problém, cieľ, ciele a hypotéza štúdie. Analyzovala sa filozofická, pedagogická a psychologická literatúra s cieľom identifikovať teoretické základy pre vývoj a využitie počítačových modelov v procese učenia.

V druhej etape (1995 - 1997) sa uskutočnili experimentálne práce v rámci skúmaného problému, navrhli sa metodické úpravy pre využitie programov počítačového modelovania na hodinách fyziky.

V tretej etape (1997 - 2000) bola vykonaná analýza a zovšeobecnenie experimentálnych prác.

Spoľahlivosť a validitu získaných výsledkov zaručujú: teoretické a metodologické prístupy k štúdiu problematiky počítačového modelovania vo vyučovaní; kombinácia kvalitatívnej a kvantitatívnej analýzy výsledkov vrátane použitia metód matematickej štatistiky; metódy primerané účelu a predmetu výskumu; vedecky podložené požiadavky na vývoj počítačového simulačného programu.

To posledné vyžaduje určité vysvetlenie. Vyvinuli sme program na modelovanie dynamiky systémov mnohých častíc, ktorých výpočet pohybu je založený na Verletovom algoritme použitom H. Gouldom a J. Tobochnikom. Tento algoritmus je jednoduchý a poskytuje presné výsledky aj v krátkych časových intervaloch, čo je veľmi dôležité pri štúdiu štatistických vzorcov. Originálne rozhranie programu umožňuje nielen vidieť dynamiku procesu a meniť parametre systému, zaznamenávať výsledky, ale tiež umožňuje zmeniť čas experimentu, zastaviť experiment, uložiť tento rámec a spustiť následná práca na modeli z nej.

Skúmaný systém pozostáva z častíc, ktorých rýchlosti sú nastavené náhodne a ktoré na seba vzájomne pôsobia podľa zákonov newtonovskej mechaniky a sily interakcie medzi molekulami sú zobrazené Lennardovou-Johnsonovou krivkou, to znamená, že program obsahuje model skutočného plynu. Ale zmenou počiatočných parametrov môžete model priviesť k ideálnemu plynu.

Nami prezentovaný počítačový simulačný program nám umožňuje získať numerické výsledky v relatívnych jednotkách, ktoré potvrdzujú nasledujúce fyzikálne zákony a procesy:

a) závislosť sily interakcie a potenciálnej energie častíc (molekúl) od vzdialenosti medzi nimi;

b) Maxwellovo rozdelenie rýchlosti;

c) základná rovnica molekulárnej kinetickej teórie;

d) zákony Boyle-Mariotte a Charles;

e) Joule a Joule-Thomsonove experimenty.

Vyššie uvedené experimenty môžu potvrdiť platnosť metódy štatistickej fyziky, keďže výsledky numerického experimentu zodpovedajú výsledkom získaným na základe zákonov štatistiky.

Pedagogický experiment potvrdil efektívnosť metodiky vyučovacej hodiny pomocou počítačových simulačných programov.

Vedecká novinka a teoretický význam výskumu:

1. Uskutočnil sa komplexný popis počítačového modelovania používaného vo vzdelávacom procese (filozofický, kybernetický, pedagogický).

2. Psychologické a pedagogické požiadavky na počítačové tréningové modely boli opodstatnené.

3. Bola aplikovaná metóda počítačovej simulácie dynamiky mnohých častíc, ktorá umožnila po prvý raz v školskom kurze molekulovej fyziky vytvoriť počítačový model ideálneho plynu, ktorý umožňuje demonštrovať vzťah medzi mikroparametre systému (rýchlosť, hybnosť, kinetická, potenciálna a celková energia pohybujúcich sa častíc) s makroparametrami (tlak, objem, teplota).

4. Na základe počítačových simulačných programov v metodológii fyziky boli uskutočnené nasledovné numerické experimenty: bola získaná základná rovnica molekulárnej kinetickej teórie; je znázornený vzťah medzi teplotou a kinetickou energiou translačného pohybu častíc (molekúl); Experimenty Joule a Joule-Thomson sú simulované pre ideálne a skutočné plyny.

Praktický význam štúdie spočíva v tom, že vybraný obsah a vyvinuté počítačové simulačné programy je možné využiť na stredných školách na uskutočnenie numerického experimentu s množstvom problémov molekulovej fyziky. Bola vyvinutá a experimentálne otestovaná metodika na vedenie hodín molekulárnej fyziky pomocou simulačných počítačových programov. Materiály a výsledky výskumu je možné aplikovať aj v procese výučby študentov vysokých škôl pedagogického zamerania a zvyšovania kvalifikácie učiteľov fyziky a informatiky.

Vykonalo sa schválenie hlavných materiálov a výsledkov získaných v priebehu štúdie

Na medzinárodnej elektronickej vedecko-technickej konferencii (Vologda, 1999);

Na medziuniverzitnej vedecko-praktickej konferencii „Sociálne aspekty adaptácie mládeže na meniace sa životné podmienky“ (Vologda, 2000);

Na druhej regionálnej vedecko-metodickej konferencii „Moderné technológie vo vyššom a strednom odbornom školstve“ (Pskov, 2000);

Na šiestej celoruskej vedecko-praktickej konferencii „Problém vzdelávacieho fyzikálneho experimentu“ (Glazov, 2001);

Pri vyučovaní fyziky na stredných školách mesta Vologda, v triede o metódach vyučovania fyziky so študentmi VSPU, na seminároch absolventov VSPU a pedagógov Katedry všeobecnej fyziky a astronómie.

Na obhajobu sa predkladajú:

1. Teoretické prístupy k aplikácii počítačového modelovania v procese učenia a jeho metodická podpora.

3. Spôsoby organizácie a vedenia vyučovania fyziky v 10. ročníku strednej všeobecnovzdelávacej školy pri štúdiu témy „Molekulárna fyzika“ na základe počítačového simulačného programu.

Štruktúra diplomovej práce.

Štruktúru práce určuje logika a postupnosť riešenia zadaných úloh. Dizertačná práca pozostáva z úvodu, štyroch kapitol, záveru a bibliografie.

Modely a simulácie v modernej vede

V súčasnosti sú modely a modelovanie, ako jedna z metód poznávania okolitého sveta, široko využívané vo vede, technike a výučbe.

Pojem „model“ pochádza z latinského slova moduls, čo znamená miera, vzor, ​​norma. Celostný pohľad človeka na svet sa vo väčšine prípadov odráža v jeho vedomí v podobe určitého fyzikálneho modelu.

V modernej filozofii sú uvedené nasledujúce definície pojmov model a modelovanie.

„Model (francúzsky model) v logike a metodológii vedy je analógom (schéma, štruktúra, znakový systém) určitého fragmentu prírodnej alebo sociálnej reality, produktom ľudskej kultúry, konceptuálno – teoretického vzdelávania atď. originál modelu. Tento analóg slúži na uchovávanie a rozširovanie vedomostí (informácií) o origináli, jeho vlastnostiach a štruktúrach, na jeho pretváranie či ovládanie. Z epistemologického hľadiska je model „zástupcom“, „zástupcom“ originálu v poznaní a praxi. Do originálu sa prenášajú výsledky spracovania a skúmania modelu za určitých podmienok, objasnené v logike a metodológii a špecifické pre rôzne oblasti a typy modelov. „Modelovanie je metóda štúdia objektov poznania na ich modeloch; konštrukcia a štúdium modelov, reálnych objektov a javov (organické a anorganické systémy, inžinierske zariadenia, rôzne procesy – fyzikálne, chemické, biologické, sociálne) a konštruovaných objektov s cieľom určiť alebo zlepšiť ich vlastnosti, racionalizovať spôsoby ich konštrukcie, kontroly im atď. NS.“ ... Predmetové a znakové modelovanie sa rozlišuje v závislosti od typu modelov. V predmetovom modelovaní sa výskum uskutočňuje na modeli, ktorý reprodukuje určité geometrické, fyzikálne alebo funkčné charakteristiky originálu. Napríklad v analógovom modelovaní sa mechanické, akustické, hydrodynamické a iné javy študujú pomocou energetických modelov, pretože fungovanie modelu a originálu je opísané rovnakými diferenciálnymi rovnicami.

"V modelovaní znakov sú modely schémy, kresby, vzorce navrhnuté v určitej abecede (prirodzený alebo umelý jazyk) atď." ... Modelovanie je jednou z dôležitých metód poznávania, preto patrí do epistemologickej kategórie. Výsledky získané počas štúdia modelov je možné preniesť do originálu, ak model odráža vlastnosti originálu.

Táto klasifikácia je založená na metóde reprodukovania vlastností originálu v modeli. Všetky modely sú rozdelené do dvoch tried: materiál a ideálne. Materiálne modely zahŕňajú modely, ktoré objektívne existujú a sú vytvorené človekom, aby reprodukovali štruktúru a podstatu skúmaného procesu alebo javu.

Pre priestorovo podobné modely je predpokladom geometrická podobnosť s ich originálom, pretože odrážajú priestorové vlastnosti a vzťahy objektu. Táto skupina zahŕňa rôzne rozloženia, modely technických zariadení, krištáľové mriežky atď.

Vo fyzikálne podobných modeloch je nevyhnutná podobnosť jeho fyzikálnej podstaty s originálom a identita pohybových zákonov. Takéto modely sa líšia od charakteru, ktorý zobrazujú, len zmenou v priestorovej alebo časovej mierke. Táto skupina zahŕňa prevádzkové modely rôznych technických zariadení, napríklad elektromotorov a generátorov, lodí, lietadiel atď.

Matematicky podobné modely fungovania objektov výskumu by mali byť opísané rovnakými matematickými rovnicami a spravidla nemajú fyzikálne a geometrické podobnosti s originálom. Matematické modely zahŕňajú analógové, štrukturálne, digitálne, kybernetické modely.

Psychologické a pedagogické aspekty počítačového učenia

Domáci a zahraniční psychológovia v posledných rokoch venujú pozornosť úlohe individuálnych charakteristík žiakov v procese učenia sa. Hľadanie spôsobov ako zachovať a ďalej rozvíjať individualitu dieťaťa, jeho potenciál, schopnosti viedlo k rozvoju koncepcií individualizácie učenia. Pomoc prostredníctvom individualizácie pri realizácii učebných osnov každým žiakom, predchádzanie neúspechu žiaka; formovanie všeobecných vzdelávacích zručností a schopností na základe zóny proximálneho rozvoja každého študenta; zlepšenie motivácie k učeniu a rozvoj kognitívnych záujmov; formovanie osobných vlastností: samostatnosť, pracovitosť, kreativita - podstata individualizácie tréningu. Hlavnou výhodou je, že individualizácia umožňuje plne prispôsobiť obsah, metódy a tempo učebnej činnosti dieťaťa jeho vlastnostiam, sledovať jeho činy v každej fáze riešenia problému, včas prispôsobovať činnosti žiaka a učiteľa, prispôsobiť neustále sa meniacim, no kontrolovaným situáciám zo strany žiaka a učiteľa. To všetko umožňuje študentovi pracovať ekonomicky, kontrolovať vynakladanie svojich síl a dosahovať vyššie výsledky.

Technológia individualizácie prípravy pokrýva všetky väzby vzdelávacieho procesu – ciele, obsah, metódy a prostriedky. Charakteristiky individualizovaného učenia sú humanistické vo svojom filozofickom základe; faktory rozvoja: bio-, socio- a psychogénne; princípom riadenia je systém „tútor“, prístup k dieťaťu je ľudský a osobný, organizačné formy sú akademické, individuálne a skupinové; prevláda metóda programovaná, sebarozvíjajúca, kreatívna. Jednou z možností individualizácie učenia je rozvoj adaptívnych učebných nápadov. Zohľadňuje tak vek, ako aj individuálne charakteristiky študentov. Adaptácia môže byť založená na informáciách zozbieraných zo skúseností každého študenta alebo naprogramovaná vopred. Vopred naprogramovaný adaptívny systém zvyčajne realizuje školenie podľa rozvetveného programu, kde sa v závislosti od povahy chyby uvádza, ktoré pomocné akcie sa vydávajú. Adaptívne tréningové systémy spravidla zohľadňujú: a) správnosť odpovede, b) dôvody, ktoré spôsobili ťažkosti pri plnení vzdelávacích úloh.

Rozvoj techniky, vývoj rôznych druhov technických zariadení umožňuje spojiť možnosti technológie individualizácie vyučovania s využitím modernej výpočtovej techniky.

Počítačová príprava založená na flexibilnom a operatívnom prispôsobení individuálnym charakteristikám každého žiaka je schopná predchádzať vzniku psychickej nepohody, poklesu sebaúcty, poklesu výchovnej motivácie, nakoľko dokáže zohľadňovať individualitu žiaka ako napr. čo najviac.

L.V. Shenshev popisuje tri možnosti adaptívneho učenia. Prvou možnosťou je koncept maximálnej adaptability anglického kybernetika G. Paska. Druhou je teória čiastočnej adaptability amerického psychológa N. Crowdera. Tretím je koncept minimálnej adaptability od B. Skinnera. Autori teórií adaptívneho učenia sú si podobní v hodnotení príčin nízkej efektivity tradičného učenia a vo výbere týchto dôvodov eliminovať. Koncepty adaptívneho učenia kladú na vzdelávací proces určité požiadavky:

1. Pohotové prispôsobenie sa individuálnym charakteristikám žiakov s prihliadnutím na tempo učenia, diagnostikovanie príčin ťažkostí, včasná úprava vzdelávacieho materiálu.

2. Sústavné a cieľavedomé riadenie afektívne-motivačnej sféry žiaka, stabilizácia jeho stavu. 3. Udržiavanie nepretržitého dialógu, podnecovanie aktivity žiaka.

4. Automatizácia tréningu.

Splnenie uvedených požiadaviek možno ľahšie pripísať počítačovému učeniu, keďže učiteľ sa nedokáže súčasne prispôsobiť rôznym študentom, pričom stroj je nestranný, trpezlivý a neúnavný.

Vyššie uvedené koncepty adaptívneho učenia sa rýchlo dostali do bežnej praxe, čo viedlo k módnemu koníčku pre výučbu zariadení a programov pre počítače. Amatérski a primitívni vo svojich pedagogických schopnostiach ignorovali hlavnú myšlienku zohľadnenia individuálnych charakteristík a stabilizácie pozitívnej emocionálnej nálady študentov. V súvislosti s týmto stavom je spochybňovaná efektívnosť počítačových školení. Súčasný prípad používania počítačov odzrkadľuje zistenia vývojárov adaptívneho učenia. Ide o dôležitosť zohľadnenia dynamiky asimilácie, ako aj o automatizáciu výučby, ktorá umožňuje učiteľovi, aby nebol rozptyľovaný organizačnými úlohami.

Analýza stavu počítačového modelovania v sekcii "Molekulárna fyzika"

V prvej a druhej kapitole sme skúmali problematiku využívania počítačového modelovania vo vyučovaní z pohľadu epistemológie, pedagogiky a psychológie, určili sme aj ich miesto a funkcie. Využitie počítačových modelov vo vyučovaní fyziky umožňuje ukázať dôležitosť modelovania ako metódy poznávania okolitého sveta, prispieva k formovaniu abstraktného myslenia, rozvoju kognitívneho záujmu, k osvojeniu prvkov informačnej kultúry. Zároveň, aby sme si v plnej miere uvedomili také výhody, akými sú možnosť individuálneho učenia sa, riadenie vzdelávacích aktivít, viditeľnosť, imitačné vlastnosti počítačových modelov, je potrebné identifikovať ten odbor fyziky, využitie počítačového modelovania, v ktorom bude poskytnúť skutočný vyučovací efekt a určiť metodické techniky na jeho zaradenie do hodiny. ...

Náročnosť štúdia predmetu "Molekulárna fyzika a termodynamika" na základnej škole je v tom, že študenti sa tu stretávajú s kvalitatívne novou formou pohybu hmoty - tepelným pohybom, v ktorom sa okrem zákonov mechaniky uplatňujú aj zákony štatistiky. aj prevádzkovať. Navyše, prírodné experimenty (brownov pohyb, difúzia, interakcia molekúl, vyparovanie, povrchové a kapilárne javy, zmáčanie) len potvrdzujú hypotézu o molekulárnej štruktúre hmoty, ale neumožňujú pozorovať mechanizmus prebiehajúcich fyzikálnych procesov. Mechanické modely: Sternov experiment, Galtonova doska, prístroj na demonštráciu zákonov plynu nám umožňujú ilustrovať Maxwellov zákon distribúcie rýchlosti molekúl a experimentálne získať vzťahy medzi tlakom, objemom a teplotou potrebné na odvodenie zákonov plynu. Zvýšenie efektivity vyučovacej hodiny môže poskytnúť rozšírenie a skvalitnenie demonštračného alebo laboratórneho experimentu pomocou počítača (ukázali sme na význam počítačových modelov pri štúdiu fyziky v). Takéto softvérové ​​nástroje na vykonávanie demonštračného experimentu v školskom kurze molekulovej fyziky a termodynamiky sú dostupné, aj keď v malom počte. Preskúmali sme množstvo prác a tu uvádzame analýzu všetkých známych počítačových programov používaných pri štúdiu molekulovej fyziky a termodynamiky.

Použitie moderných elektronických a elektronických výpočtových technológií môže výrazne zlepšiť návrh a priebeh experimentu. Článok popisuje využitie počítača na demonštráciu závislosti rýchlosti molekúl dusíka, vodíka, argónu a vzduchu od teploty, výpočet zmien vnútornej energie telesa pri tavení a kryštalizácii, pri vyparovaní a pre plynné skupenstvo. , ako aj využitie počítača pri spracovaní výsledkov laboratórnych prác.

V tej istej knihe je uvedený popis lekcie o určovaní účinnosti ideálneho tepelného motora na základe Carnotovho cyklu. Počítač fungoval ako model Carnotovho cyklu, ktorý programovo implementuje adiabaty a izotermy na obrazovke monitora, graficky znázorňuje Carnotov cyklus.

Techniku ​​nastavenia experimentu s využitím elektronickej a výpočtovej techniky popisuje V.V. Laptev. Využil všestrannosť elektrického signálu, ktorý nielenže obsahuje potrebné informácie, ale dokáže ho spracovať aj elektronický počítač. Preto je potrebné všetky neelektrické veličiny zúčastňujúce sa experimentu previesť na elektrické pomocou primárnych meničov - snímačov, na výstupe ktorých sa objaví elektrický analógový signál, zvyčajne vo forme elektrického napätia. V.V. Laptev Spolu so zamestnancami bolo vyvinutých a vyrobených niekoľko senzorov na meranie osvetlenia, teploty a času. Signály snímača je možné zaznamenávať pomocou ukazovateľa alebo digitálnych meracích zariadení. Aby bolo možné použiť digitálne elektronické výpočtové vybavenie pri spracovaní výsledkov experimentu, je potrebné previesť analógový signál na digitálny pomocou analógovo-digitálneho prevodníka, pričom sa na to použijú príslušné mikroobvody. Schéma experimentu teda vyzerá takto: namerané hodnoty - snímače - analógovo-digitálny prevodník - mikrokalkulátor MK-64 alebo počítač Yamaha. Tento princíp bol použitý na skonštruovanie univerzálneho elektromechanického demonštračného zariadenia na štúdium fyziky zákonov plynov v školskom kurze. Hodnoty tlaku, objemu a teploty namerané v experimente sa následne zaznamenávajú na demo digitálny indikátor a privádzajú sa do dátovej zbernice počítača, ktorá zobrazuje grafy všetkých možných závislostí medzi tlakom, objemom a teplotou na obrazovke. . Po vykreslení grafov sa číselné hodnoty týchto veličín vložia do pamäte RAM počítača a môžu sa zobraziť na obrazovke vo forme tabuľky experimentálnych údajov a použiť na kvantitatívne výpočty. Študenti tak majú možnosť súčasne sledovať kvantitatívne a kvalitatívne charakteristiky procesov plynov.

Diplomová práca na tému:

"Využitie edukačných a tvorivých úloh vo vyučovaní počítačového modelovania na rozvoj tvorivých schopností žiakov"

Úvod

Kapitola I. Teoretické základy rozvoja tvorivých schopností školákov v procese výučby počítačového modelovania

Kapitola II. Experimentálna práca o štúdiu úlohy vzdelávacích a tvorivých úloh vo vyučovaní počítačového modelovania pri rozvoji tvorivých schopností žiakov

Záver

Bibliografia

Aplikácia

Úvod

Súčasná doba je charakteristická masívnym zavádzaním informačných technológií do všetkých sfér ľudského života a činností, zmenou úlohy a miesta osobných počítačov v modernej spoločnosti. Človek, ktorý šikovne a efektívne vlastní techniku ​​a informácie, má iný, nový štýl myslenia, inak pristupuje k posudzovaniu vzniknutého problému, k organizácii svojej činnosti. Rastúca úloha výpočtovej techniky prináša používateľovi nové možnosti, ktoré môžu ovplyvniť jeho vzdelanie, svetonázor a kreativitu.

Naša doba je časom zmien, vstúpili sme do vedomostnej spoločnosti. Ciele a hodnoty vzdelávania sa zmenili. Ak predtým boli cieľom znalosti predmetu, teraz je hlavnou hodnotou vzdelávania osobný rozvoj. V súčasnej fáze vývoja spoločnosť potrebuje ľudí s dobrým tvorivým potenciálom, schopných robiť neštandardné rozhodnutia, schopných kreatívne myslieť.

Žiaľ, moderná masová škola si stále zachováva netvorivý prístup k asimilácii vedomostí. Monotónne, stereotypné opakovanie tých istých úkonov zabíja záujem o učenie. Deti sú ochudobnené o radosť z objavovania a môžu postupne stratiť schopnosť tvorivosti. Jedným z hlavných problémov moderného vzdelávania je nízka tvorivá iniciatíva žiakov. Prevažná väčšina školákov vykazuje úplnú neschopnosť riešiť problémy, ktoré nemajú štandardné algoritmy riešenia. Úlohou modernej školy je vývoj a aplikácia špeciálnych techník zameraných na rozvoj tvorivých schopností.

Analýza a systematizácia rôznych aspektov formovania a rozvoja tvorivých schopností sa venuje dielam D.B. Bogoyavlenskaya, L.S. Vygotsky, V.N. Družinin, N.S. Leites, A.N. Luka, I. Áno. Ponomareva, S.L. Rubinstein, B.M. Teplová, V.D. Shadrikov a ďalší.

Úspešnosť intelektuálneho rozvoja žiaka sa dosahuje najmä v triede, kde miera záujmu žiakov o učenie, úroveň vedomostí a pripravenosť na neustále sebavzdelávanie závisí od schopnosti učiteľa organizovať systematickú poznávaciu činnosť. ich intelektuálny rozvoj.

Mnohí vedci - A.I. Bochkin, V.A. Dalinger, G.G. Vorobiev, V.G. Kinelev, K.K. Colin a spol.. Existuje na to niekoľko dôvodov. Po prvé, informatika je základná a komplexná veda, ktorá pokrýva všetky sféry ľudskej činnosti. Po druhé, informatika je v užšom slova zmysle veda o využívaní počítačov a telekomunikačných systémov v ľudskej činnosti, ktorá zase môže zohrávať úlohu efektívneho prostriedku na rozvoj tvorivých schopností študentov.

Naša výskumná práca je zameraná na skúmanie vplyvu vzdelávacích a tvorivých úloh vo vyučovaní počítačového modelovania na hodinách informatiky na rozvoj tvorivých schopností školákov.

Dielo V.K. Beloshapki, S.A. Bešenková, I. V. Galygina, A.G. Hein, A.V. Goryacheva, T.B. Zakharova, I.I. Zubko, A.A. Kuznecovová, B. C. Ledneva, A. S. Lesnevsky, V.P. Linková, N.V. Makarova, N.V. Matveeva, E.A. Rakitina, Yu.F. Titová, E.K. Henner, A.P. Šestaková, M.I. Šutikovej a ďalších autorov.

Vytvorenie predstavy o predmetnej oblasti v mysli študenta, spojené s organizáciou jeho informačných aktivít na analýzu predmetnej oblasti a vytvorením alebo použitím systému pojmov na opis predmetnej oblasti. Dá sa teda povedať, že učenie sa „buduje v hlave“ študentom informačné modely študovaného predmetu. Preto má modelovanie v pedagogike mimoriadny význam ako metóda poznávania sveta okolo nás, informačných procesov vyskytujúcich sa v prírode a spoločnosti, ako aj štúdia informačno-logického modelovania v školskom kurze informatiky ako učebného nástroja. učebný nástroj a predmet štúdia získava čoraz väčší význam. To si vyžaduje štúdium problému informácií a informačno-logického modelovania v procese učenia.

Jedným zo spôsobov, ako rozvíjať tvorivé schopnosti študentov, je myšlienka využívať vzdelávacie a tvorivé problémy a riešiť ich pomocou počítača. Pri riešení takýchto problémov nastáva akt kreativity, nájde sa nová cesta, alebo sa vytvorí niečo nové. Tu sú potrebné špeciálne vlastnosti mysle, ako je pozorovanie, schopnosť porovnávať a analyzovať, nachádzať súvislosti a závislosti, to všetko spolu tvorí tvorivé schopnosti.

Riešenie vzdelávacích a tvorivých úloh s odborne zameraným obsahom je nielen prostriedkom na realizáciu medzipredmetových súvislostí, ale aj metodickým postupom, ktorý umožňuje demonštrovať význam informačných technológií, a to ako v modernom svete, tak aj v budúcich konkrétnych odborných činnostiach. A keďže sa takéto problémy riešia pomocou počítača, rastie záujem o štúdium informačných technológií nielen ako nástroja, ktorý umožňuje vykonávať potrebné výpočty, ale aj ako prostriedku na modelovanie reálnej výroby a iných procesy.

Predmet štúdia: rozvoj tvorivých schopností žiakov.

Predmet štúdia: rozvoj tvorivých schopností žiakov v procese výučby počítačového modelovania.

Účel štúdie: skúmať možnosti rozvoja tvorivých schopností žiakov vo vyučovaní počítačového modelovania pomocou edukačných a tvorivých úloh v školskom kurze informatiky.

Na dosiahnutie cieľa štúdie sa plánuje vyriešiť nasledovné úlohy :

Odhaliť podstatu tvorivých schopností školákov;

Určiť miesto a zmysel, ciele a zámery výučby počítačového modelovania;

Preštudovať si zoznam základných poznatkov a pojmov počítačového modelovania, odhaliť ich podstatu;

Rozšíriť úlohu využívania vzdelávacích a tvorivých úloh vo výučbe modelovania pri rozvoji tvorivých schopností;

Experimentálne overiť efektívnosť aplikácie tvorivých úloh počítačového modelovania na rozvoj tvorivých schopností žiakov;

Analyzovať a vyvodiť závery z teoretického výskumu a experimentálneho overovania efektívnosti rozvoja tvorivých schopností žiakov pri využívaní tvorivých úloh počítačového modelovania.

Ako výskumné hypotézy bolo naznačené, že jedným z najdôležitejších faktorov rozvoja tvorivých schopností žiakov je využívanie vzdelávacích a tvorivých úloh.

Na vyriešenie stanovených úloh a testovanie hypotéz, súbor doplnkových výskumné metódy :

tvorivosť počítačovej simulácie

Teoretické: analýza psychologickej a pedagogickej, vedeckej a metodologickej, náučnej literatúry, materiálov periodík a regulačných dokumentov;

Diagnostické (študentské testovanie);

Experimentujte.

Štruktúra našej výskumnej práce:

Práca pozostáva z úvodu, 2 kapitol, záveru, zoznamu použitej literatúry a prílohy.

V úvode je podložená relevantnosť témy tejto práce.

Prvá kapitola skúma teoretické základy rozvoja tvorivých schopností školákov v procese výučby počítačového modelovania.

Druhá kapitola popisuje experimentálne práce na štúdiu úlohy edukačných a tvorivých úloh vo výučbe počítačového modelovania pri rozvoji tvorivých schopností žiakov, pričom sú uvedené metodické postupy.

V závere je uvedený teoretický a praktický význam získaných výsledkov.

Kapitola I. Teoretické základy rozvoja tvorivých schopností školákov v procese výučby počítačového modelovania

1.1 Kreativita a kreativita

Problém kreativity je v dnešnej dobe taký naliehavý, že sa právom považuje za „problém storočia“. Kreativita nie je ani zďaleka novým predmetom výskumu. Vždy to zaujímalo mysliteľov všetkých období a vyvolávalo túžbu vytvoriť „teóriu kreativity“.

Tvorba sa interpretuje ako spoločensko-historický jav, ktorý vzniká a rozvíja sa v procese interakcie medzi subjektom a objektom na základe spoločenskej praxe. Z hľadiska filozofie je tvorivosť činnosťou ľudí, ktorá pretvára prírodný a spoločenský svet v súlade s cieľmi a potrebami človeka na základe objektívnych zákonitostí činnosti.

Kreativita sa chápe ako činnosť zameraná na vytváranie v podstate nových vecí; ako proces zahrnutý do formulovania a riešenia problémov, neštandardných úloh; ako forma poznania reality a pod. ...

Druhy tvorivosti sú svojou povahou veľmi rozdielne – ide o tvorivosť umeleckú, vedeckú, technickú, pedagogickú. Po L.S. Vygotsky, ktorý definoval „tvorivosť sociálnych vzťahov“, tj. „tvorivá schopnosť rýchlej a šikovnej sociálnej orientácie“, môžeme rozlíšiť tvorivosť komunikatívnu a adaptívnu.

Kreativita je myslenie vo svojej najvyššej forme, ktorá presahuje známe, ako aj činnosť, ktorá generuje niečo kvalitatívne nové. Ten zahŕňa formuláciu alebo výber problému, hľadanie podmienok a spôsobu jeho riešenia a v dôsledku toho vytvorenie nového.

Kreativita môže prebiehať v akejkoľvek oblasti ľudskej činnosti: vedeckej, výrobno-technickej, umeleckej, politickej a iných.

Kreativita je fenomén súvisiaci predovšetkým s konkrétnymi predmetmi a spojený s charakteristikami ľudskej psychiky, zákonmi vyššej nervovej aktivity, duševnou prácou.

Psychologicky, kreativita je súbor tých zložiek činnosti subjektu, ktoré sú pre tento subjekt nositeľmi kvalitatívne nových myšlienok.

Aplikované na proces učenia kreativitu treba definovať ako formu ľudskej činnosti zameranú na vytváranie hodnôt, ktoré sú pre neho kvalitatívne nové a majú spoločenský význam, t. dôležité pre formovanie osobnosti ako sociálneho subjektu.

Pod tvorivá činnosť rozumieme takú ľudskú činnosť, v dôsledku ktorej vzniká niečo nové - či už je to objekt vonkajšieho sveta alebo konštrukcia myslenia vedúca k novým poznatkom o svete, alebo pocit, ktorý odráža nový postoj k realite.

Ide o formu ľudskej alebo kolektívnej činnosti – vytváranie kvalitatívne novej, ktorá nikdy predtým neexistovala. Podnetom k tvorivej činnosti je problematická situácia, ktorú nemožno riešiť tradičnými metódami. Originálny produkt činnosti sa získa ako výsledok formulácie neštandardnej hypotézy, uváženia netradičných prepojení prvkov problémovej situácie a pod.

Predpokladom tvorivej činnosti je flexibilita myslenia, kritickosť, schopnosť zbližovania pojmov, celistvosť vnímania a iné.

Tvorivá činnosť je nástrojom rozvoja tvorivých schopností odkedy pri plnení tvorivých úloh a pri tvorivej činnosti vo všeobecnosti využíva subjekt svoje schopnosti riešiť problém, a preto ich v priebehu riešenia rozvíja.

Schopnosti kreativity sú vlastné každému človeku. Musíte ich vedieť odhaliť a rozvíjať.

Kreativita siaha od veľkého a okázalého talentu po skromný a jemný, ale podstata tvorivého procesu je pre všetkých rovnaká. Rozdiel spočíva v špecifickom materiáli tvorivosti, rozsahu úspechov a ich spoločenskom význame.

Vedci, ktorí skúmali povahu tvorivosti, navrhli nazvať schopnosť zodpovedajúcu tvorivej činnosti tvorivosťou.

Kreativita ( z lat. tvorba - tvorba) - všeobecná schopnosť byť tvorivá, charakterizuje osobnosť ako celok, prejavuje sa v rôznych sférach činnosti, považuje sa za relatívne samostatný faktor nadania.

Kreativita je integračná schopnosť, ktorá zahŕňa systémy vzájomne prepojených schopností – prvkov. Napríklad tvorivé schopnosti sú predstavivosť, asociativita, fantázia, snívanie.

Podnetom na vyzdvihnutie kreativity boli údaje o neprepojenosti tradičných testov inteligencie s úspešnosťou riešenia problémových situácií.

Zistilo sa, že tvorivosť (kreativita) závisí od schopnosti využívať informácie poskytnuté v úlohách rôznymi spôsobmi rýchlym tempom. Táto schopnosť sa nazývala kreativita a začala sa skúmať nezávisle od inteligencie – ako schopnosť, ktorá odráža vlastnosť jednotlivca vytvárať nové koncepty a formovať nové zručnosti. Kreativita je spojená s tvorivými úspechmi jednotlivca.

Z hľadiska činnosti sa kreativita môže prejavovať rôznymi spôsobmi: tak na úrovni integrálnej osobnosti (vedecká, umelecká, pedagogická tvorivosť), ako aj jednotlivých zložiek kognitívnej činnosti - v priebehu riešenia tvorivých problémov, účasťou na projektoch. , atď. Vždy sa však dá nájsť prejav schopnosti nadviazať na prvý pohľad nečakané spojenia a vzťahy, keď tvorivý človek samostatne buduje systém vzťahov so subjektom a sociálnym prostredím. A to je to, čo by sa malo považovať za najdôležitejšie v tvorivom procese, bez toho, aby sa popieral význam konečného výsledku. Z pedagogického hľadiska je teda v tvorivosti hlavnou vecou to, že študent si v priebehu kognitívnej tvorivej činnosti uvedomuje svoj význam ako „transformátor sveta“, objaviteľ nového, realizujúci sa ako osoba. A tam, kde sa to učiteľovi podarilo dosiahnuť, môžeme hovoriť o formovaní reflexívneho postoja k tvorivosti, z čoho vyplýva aj prítomnosť vlastného pohľadu, určitá odvaha a samostatnosť v rozhodovaní.

Kreativita je spojením mnohých vlastností. A otázka zložiek ľudskej tvorivosti je stále otvorená, hoci v súčasnosti existuje niekoľko hypotéz týkajúcich sa tohto problému.

Známy ruský výskumník problému kreativity A.N. Cibuľa na základe životopisov významných vedcov, vynálezcov, umelcov a hudobníkov rozlišuje nasledovné Tvorivé schopnosti :

1. Schopnosť vidieť problém tam, kde ho ostatní nevidia.

2. Schopnosť obmedziť mentálne operácie, nahradiť niekoľko konceptov jedným a používať symboly, ktoré sú čoraz viac informačne priestrannejšie.

3. Schopnosť aplikovať zručnosti získané pri riešení jedného problému na riešenie iného.

4. Schopnosť vnímať realitu ako celok, bez rozdeľovania na časti.

5. Schopnosť ľahko spájať vzdialené pojmy.

6. Schopnosť pamäte poskytnúť správne informácie v správnom čase.

7. Pružnosť myslenia.

8. Schopnosť vybrať si jednu z alternatív riešenia problému pred jeho kontrolou.

9. Schopnosť začleniť novo vnímané informácie do existujúcich znalostných systémov.

10. Schopnosť vidieť veci také, aké sú, rozlíšiť pozorované od toho, čo je predstavené výkladom.

11. Jednoduchosť generovania nápadov.

12. Tvorivá predstavivosť.

13. Schopnosť dolaďovať detaily, vylepšovať pôvodný koncept.

Kandidáti psychologických vied V.T. Kudryavtsev a V.S. Sinelnikov na základe širokého historického a kultúrneho materiálu (dejiny filozofie, spoločenské vedy, umenie, jednotlivé sféry praxe) identifikoval nasledovné univerzálna kreativita vyvinuli sa v priebehu ľudských dejín:

1. Realizmus imaginácie - obrazné uchopenie nejakej podstatnej, všeobecnej tendencie alebo vzoru vývoja integrálneho objektu predtým, ako má človek o ňom jasnú predstavu a môže ho zapísať do systému prísnych logických kategórií.

2. Schopnosť vidieť celok pred časťami.

3. Nadsituačno-transformačný charakter kreatívnych riešení - schopnosť pri riešení problému si nielen vyberať z zvonka nanútených alternatív, ale aj samostatne alternatívu vytvárať.

4. Experimentovanie - schopnosť vedome a cieľavedome vytvárať podmienky, v ktorých predmety najvýraznejšie odhaľujú svoju podstatu ukrytú v bežných situáciách, ako aj schopnosť sledovať a analyzovať znaky "správania" predmetov v týchto podmienkach.

Vedci a pedagógovia, ktorí sa podieľajú na vývoji programov a metód tvorivého vzdelávania založených na TRIZ (teória riešenia invenčných problémov) a ARIZ (algoritmus riešenia invenčných problémov), sa domnievajú, že jedným z tzv. zložky tvorivosti osobu tvoria tieto schopnosti:

1. Schopnosť riskovať.

2. Divergentné myslenie.

3. Flexibilita v myslení a konaní.

4. Rýchlosť myslenia.

5. Schopnosť vyjadrovať originálne nápady a vymýšľať nové.

6. Bohatá predstavivosť.

7. Vnímanie nejednoznačnosti vecí a javov.

8. Vysoké estetické hodnoty.

9. Rozvinutá intuícia.

Mnohí psychológovia spájajú schopnosť tvorivej činnosti predovšetkým so zvláštnosťami myslenia. Najmä známy americký psychológ J. Guilford, ktorý študoval problémy ľudskej inteligencie, zistil, že tzv. divergentné myslenie... Ľudia s týmto typom myslenia pri riešení problému nesústredia všetko svoje úsilie na hľadanie jediného správneho riešenia, ale začnú hľadať riešenia všetkými možnými smermi, aby zvážili čo najviac možností. Takíto ľudia majú tendenciu vytvárať nové kombinácie prvkov, ktoré väčšina ľudí pozná a používa len určitým spôsobom, alebo vytvárať spojenia medzi dvoma prvkami, ktoré na prvý pohľad nemajú nič spoločné. V srdci kreatívneho myslenia je odlišný spôsob myslenia.

Charakteristické je divergentné myslenie :

· rýchlosť- schopnosť vyjadrovať sa maximum množstvo nápadov, spôsobov riešenia konkrétneho problému a tu je dôležitá ich kvantita, nie kvalita;

· flexibilita- schopnosť nominovať pestrá nápady, napríklad súvisiace s používaním predmetov, metód atď. (v najbežnejšom teste na kontrolu flexibility myslenia sa navrhuje vymyslieť rôzne spôsoby použitia predmetu každodennej potreby);

· originalita- schopnosť vytvárať nové neštandardné nápady, vzdialené asociácie, nájsť neobvyklé odpovede, ktoré sa líšia od všeobecne akceptovaných;

· presnosť- schopnosť zlepšiť produkt kreativity, pridávanie detailov, snaha o úplnosť.

Úspech tvorivých úspechov však poskytuje špeciálnu kombináciu dvoch typov myslenia – divergentného a konvergentného. Len s vysokou úrovňou schopnosti „konať v mysli“, bohatou predstavivosťou založenou na osobných skúsenostiach a vedomostiach, vysokou emocionalitou, je možné prejaviť vysokú úroveň kreativity.

Kreatívne myslenie - plastické a originálne myslenie, v ktorom subjekt predpokladá mnohé rozhodnutia. V prípadoch, keď bežný človek nájde len jeden alebo dva, nie je pre kreatívne myslenie ťažké prejsť z jedného aspektu problému na druhý, neobmedzovať sa len na jeden uhol pohľadu, generuje neočakávané, netriviálne, nezvyčajné riešenia. . Intuícia aj logika sú vlastné mechanizmu tvorivého myslenia.

V procese štúdia schopností sa ukázala dôležitá úloha predstavivosti pri odhaľovaní a rozširovaní tvorivých možností.

Predstavivosť je proces transformácie reprezentácií, ktoré odrážajú realitu, a vytváranie nových reprezentácií na tomto základe.

Najdôležitejšou hodnotou predstavivosti je, že vám umožňuje predstaviť si výsledok práce skôr, ako začne, a tým orientovať človeka v procese činnosti.

Predstavivosť a kreativita spolu úzko súvisia. Prepojenie medzi nimi však v žiadnom prípade nie je také, aby sa dalo vychádzať z predstavivosti ako zo sebestačnej funkcie a odvodzovať z nej kreativitu ako produkt jej fungovania. Vedúci je inverzný vzťah; predstavivosť sa formuje v procese tvorivej činnosti. Špecializácia rôznych druhov predstavivosti nie je ani tak predpokladom, ako skôr výsledkom rozvoja rôznych druhov tvorivej činnosti. Preto existuje toľko špecifických typov predstavivosti, koľko je špecifických, jedinečných druhov ľudskej činnosti – konštruktívnej, technickej, vedeckej, umeleckej, obrazovej, hudobnej atď. Všetky tieto typy predstavivosti, ktoré sa formujú a prejavujú v rôznych typoch tvorivej činnosti, predstavujú akúsi najvyššiu úroveň - tvorivá predstavivosť .

Tvorivá imaginácia vznikajúca pri práci predpokladá samostatnú tvorbu obrazov, ktoré sa realizujú v originálnych a hodnotných produktoch činnosti 926, s.65].

Pri akejkoľvek činnosti nie je tvorivá predstavivosť determinovaná ani tak tým, čo si človek dokáže predstaviť bez ohľadu na skutočné požiadavky reality, ale tým, ako vie realitu, zaťaženú náhodnými, nepodstatnými detailmi, pretvárať.

Po analýze vyššie uvedených prístupov k odhaleniu pojmov „kreativita“, „kreativita“ a definície zložiek tvorivých schopností môžeme konštatovať, že napriek rozdielom v ich definícii výskumníci jednomyseľne vyčleňujú kreatívne myslenie a tvorivú predstavivosť. ako základné zložky tvorivých schopností.

1.2 Vyučovanie počítačového modelovania v školskom kurze informatiky

V našej výskumnej práci predpokladáme, že z hľadiska rozvoja tvorivých schopností žiakov je najefektívnejší materiál týkajúci sa informačného modelovania. Pred testovaním tejto hypotézy sa zamyslime nad miestom a významom počítačového modelovania, cieľmi a cieľmi vyučovania počítačového modelovania a pojmami formovanými vo vyučovaní modelovania.

1.2.1 Miesto a význam počítačového modelovania v školskom kurze informatiky

V povinnom minime obsahu vzdelávania v informatike je línia „Modelovanie a formalizácia“, ktorá je spolu s líniou informácií a informačných procesov teoretickým základom základného kurzu informatiky.

Téma modelovania by sa nemala považovať za čisto teoretickú a nezávislú od všetkých ostatných tém. Väčšina sekcií základného kurzu priamo súvisí s modelovaním, vrátane tém súvisiacich s technologickou líniou kurzu. Za nástroje na prácu s informačnými modelmi treba považovať textové a grafické editory, DBMS, tabuľkové procesory, počítačové prezentácie. Algoritmizácia a programovanie tiež priamo súvisia s modelovaním. V dôsledku toho je modelovacia línia prierezová pre mnohé časti základného kurzu.

Podľa Beshenkov S.A. a ďalšie témy „Informácie a informačné procesy“ a „Formalizácia a modelovanie“ sú kľúčové témy v kurze informatiky. Tieto témy spájajú také tradičné témy kurzov ako „Algoritmy a vykonávatelia“, „Informačné technológie“ atď. do jedného celku.

Tvorcovia autorských kurzov „Informatika v hrách a úlohách“ a „Informatika-plus“ sa domnievajú, že hlavnou úlohou školského kurzu informatiky je formovanie a rozvoj schopnosti analyzovať a budovať informačno-logické modely.

Bojaršinov M.G. považuje za účelné v rámci predmetu informatika zaviesť kurz počítačového modelovania, ktorého účelom bude oboznámiť študentov s metódami riešenia problémov fyziky, chémie, matematiky, ekonómie, ekológie, medicíny, sociológie, humanitných odborov, dizajnu. a technologické problémy s využitím modernej výpočtovej techniky.

A. A. Kuznecov, S. A. Bešenkov, E. A. Rakitina domnievajú sa, že hlavnými zložkami kurzu informatiky, ktoré mu dávajú systémový charakter, sú „Informačné procesy“, „Informačné modely“, „Informačné základy manažmentu“. Riešenie problému vždy začína modelovaním: zostavením alebo výberom niekoľkých modelov: model obsahu problému (formalizácia podmienok), model objektu zvolený ako pracovný na riešenie tohto špecifického problému, model (metóda) riešenia a model postupu riešenia problému.

Štúdium informačných procesov, ako každý fenomén vonkajšieho sveta vo všeobecnosti, je teda založené na metodológii modelovania. Špecifikom informatiky je, že využíva nielen matematické modely, ale aj modely všetkých druhov foriem a typov (text, tabuľka, obrázok, algoritmus, program) - informačné modely. Koncept informačného modelu dáva kurzu informatiky široké spektrum medzipredmetových prepojení, ktorej formovanie je jednou z hlavných úloh tohto predmetu na základnej škole. Samotná činnosť budovania informačného modelu – informačné modelovanie je zovšeobecnený typ činnosti, ktorý charakterizuje informačnú vedu.

Jednou z účinných metód poznávania okolitej reality je metóda modelovania, ktorá je výkonným analytickým nástrojom, ktorý pohltil celý arzenál najnovších informačných technológií.

Zovšeobecňujúci charakter pojmu „informačné modelovanie“ je daný tým, že pri práci s informáciami sa vždy buď zaoberáme hotovými informačnými modelmi (vystupujeme ako ich pozorovateľ), alebo informačné modely vyvíjame.

Informačné modelovanie nie je len predmetom štúdia informatiky, ale aj najdôležitejším spôsobom kognitívnej, vzdelávacej a praktickej činnosti. Možno ho vnímať aj ako metódu vedeckého výskumu a ako samostatnú činnosť.

I. I. Zubko informačné modelovanie definuje ako „novú všeobecnú vedeckú metódu poznávania objektov okolitej reality (reálnej a ideálnej), zameranú na využitie počítača“. Na modelovanie sa na jednej strane pozerá ako na spôsob poznania a na druhej ako obsah, ktorý si študenti musia osvojiť. Autor sa domnieva, že najefektívnejšia výučba informačného modelovania je možná, ak sa v praxi implementuje projektová metóda, ktorá rôznymi spôsobmi integruje výskum, samostatnú a tvorivú prácu.

Galygina I.V. domnieva sa, že školenie v oblasti informačného modelovania sa odporúča vykonávať na základe týchto prístupov:

model, v súlade s ktorým sa modelovanie považuje za nástroj poznania, predmet štúdia a prostriedok výučby;

objekt, čo znamená výber a analýzu rôznych typov objektov: objekt štúdia, informačný model ako nový objekt, objekty modelovacieho jazyka použitého na zostavenie modelu.

Informačné modelovanie v pedagogike možno posudzovať v troch aspektoch:

kognitívny nástroj, keďže v procese budovania a skúmania modelu dochádza k získavaniu nových poznatkov o reálnom objekte zodpovedajúcemu informačnému modelu, objekty modelovacieho jazyka používaného na popis tohto modelu;

učebný nástroj, keďže proces učenia je vo väčšine prípadov spojený s prevádzkou informačných modelov študovaného objektu, ako je slovný popis, grafický obrázok,

vzorec reprezentácie zákonitostí atď .;

predmet štúdia, keďže informačný model možno považovať za nezávislý informačný objekt so svojimi inherentnými vlastnosťami, vlastnosťami, charakteristikami.

Hlavným rozdielom medzi týmito aspektmi z pohľadu študenta je, že v prvom prípade si študent v procese kognitívnej činnosti sám zostavuje model skúmaného objektu na základe vlastných skúseností, vedomostí a asociácií. V druhom prípade je študentovi poskytnutý model študovaného objektu, vypracovaný učiteľom, autorom učebnice alebo tvorcom vedeckej teórie. V druhom prípade je skúmaným objektom súbor modelov.

Zaradenie do obsahovej línie „Modelovanie a formalizácia“ základného kurzu informatiky modulu „Informačné modelovanie“ vytvorí pevný základ pre:

vedomé využívanie informačných modelov vo vzdelávacích aktivitách;

oboznámenie študentov s metodikou vedeckovýskumnej činnosti;

následné hĺbkové štúdium informačného modelovania v špecializovaných kurzoch informatiky.

Titova Yu.F. domnieva sa, že najdôležitejšou vzdelávacou funkciou je rozvoj tvorivého potenciálu žiakov. Zážitok z tvorivej činnosti sa formuje riešením problémových úloh rôznych smerov a najmä výskumnou činnosťou. Modelovanie je jedným z najdôležitejších nástrojov výskumu. Autor vypracoval metodiku výučby modelovania v základnom kurze informatiky, ktorý kombinuje teoretický materiál, ktorý je založený na formalizovanom prístupe k vývoju a štúdiu modelov, a súbor výskumných úloh, ktoré integrujú poznatky z rôznych vzdelávacích oblastí. Autor verí, že použitie tejto techniky zabezpečí u študentov rozvoj širokého spektra intelektuálnych zručností, akými sú abstrakcia a konkretizácia, zovšeobecňovanie, klasifikácia, analýza a chápanie výsledkov ich konania.

1.2.2 Ciele a ciele výučby modelovania a formalizácie

Ciele a ciele vyučovania informatiky na základnej škole sú formulované nasledovne:

Osvojenie si počítačovej gramotnosti a počiatočnej kompetencie v používaní informačno-komunikačných technológií, najjednoduchších počítačových modelov pri riešení výchovných a praktických problémov v škole i mimo nej; získanie potrebnej prípravy na používanie metód informatiky a informačných technológií pri štúdiu študijných odborov základnej školy a vzdelávacích programov ďalšieho stupňa prípravy, ako aj na rozvoj odborných činností žiadaných na trhu práce : zvládnutie zručností práce s rôznymi druhmi informácií pomocou počítača a iných prostriedkov informačných technológií, schopnosť tieto zručnosti aplikovať: vyhľadávať, vyberať, kriticky hodnotiť, organizovať, prezentovať a prenášať informácie, plánovať a organizovať vlastné informačné aktivity a ich výsledky;

Získavanie skúseností s realizáciou individuálnych a kolektívnych projektov týkajúcich sa rôznych akademických odborov, vrátane vydávania školských časopisov, tvorby školských stránok na internete, virtuálnych vlastivedných múzeí a pod. využívanie informačných a komunikačných technológií; používanie informácií dostupných na internete a v rôznych médiách;

Osvojenie si systému poznatkov súvisiacich s informačným obrazom sveta, vrátane: základných pojmov potrebných na vytváranie špecifických predstáv o informačných procesoch, systémoch a technológiách; predstavy o všeobecnosti a zákonitosti informačných procesov v rôznych spoločenských a technologických systémoch, o mechanizmoch vnímania a spracovania informácií človekom, technologických a spoločenských systémoch, o modernej informačnej civilizácii;

Oboznámenie sa s využívaním informačných a komunikačných technológií ako metód poznávania prírody a spoločnosti, pozorovanie a registrácia prírodných a spoločenských javov, prezentácia ich výsledkov vo forme informačných objektov;

Rozvoj kognitívnych záujmov, intelektuálnych tvorivých schopností v informačných činnostiach;

Pestovanie nevyhnutných noriem správania a činnosti v súlade s požiadavkami informačnej spoločnosti ako prirodzeného štádia rozvoja civilizácie.

Niet pochýb o tom, že počítačové modelovanie zohráva dôležitú úlohu pri dosahovaní cieľov a zámerov výučby informatiky.

Štátny vzdelávací štandard zabezpečuje štúdium problematiky informačného modelovania tak v základnom kurze základnej školy, ako aj vo vyšších ročníkoch. Orientačný program predmetu informatika odporúča v 8. ročníku študovať tému „Formalizácia a modelovanie“ na úrovni príkladov modelovania objektov a procesov. V prvom rade má využívať grafické a tabuľkové modely. Vo vyšších ročníkoch je zabezpečený všeobecný (teoretický) úvod do témy a štúdium rôznych typov počítačového modelovania na úrovni matematických („výpočtových“), grafických, simulačných modelov spojených so sociálnymi, biologickými a technickými systémami a procesmi. . Výberové predmety pre stredoškolákov sú efektívnou formou pokročilého štúdia počítačového modelovania.

Základné pojmy, ktoré by si mali študenti osvojiť po preštudovaní časti „Formalizácia a programovanie“:

Objekt, model, modelovanie; formalizácia; informačný model; informačné technológie na riešenie problémov; počítačový experiment.

Na konci časti by študenti mali vedieť :

· O existencii mnohých modelov pre ten istý objekt;

· Etapy informačných technológií na riešenie problémov pomocou počítača.

študenti by mali byť schopný :

· Uveďte príklady modelovania a formalizácie;

· Uveďte príklady formalizovaného popisu objektov a procesov;

· Uveďte príklady systémov a ich modelov.

· Vytvárajte a skúmajte najjednoduchšie informačné modely na počítači.

V vzorový program z informatiky a informačných technológií, zostavený na základe federálnej zložky štátneho štandardu základného všeobecného vzdelania pre obsahovú líniu " Formalizácia a modelovanie "je venovaných 8 hodín. Predpokladá sa, že sa preštudujú nasledovné problémy:

Formalizácia popisu reálnych objektov a procesov, príklady modelovania objektov a procesov vrátane počítačového modelovania. Počítačom riadené modely.

Typy informačných modelov. Plány. 2D a 3D grafika.

Schémy, plány, mapy.

Tabuľka ako modelovací nástroj.

- Kybernetický model riadenia: kontrola, spätná väzba.

Praktická práca:

1. Príprava a realizácia experimentu vo virtuálnom počítačovom laboratóriu.

2. Budovanie genealogického stromu rodu.

3. Vytvorenie schémy a výkresu v systéme počítačom podporovaného projektovania.

4. Zostrojenie a výskum počítačového modelu, ktorý analyzuje výsledky meraní a pozorovaní pomocou programovacieho systému.

5. Zostrojenie a výskum počítačového modelu, ktorý analyzuje výsledky meraní a pozorovaní pomocou dynamických tabuliek.

6. Konštrukcia a výskum geoinformačného modelu v tabuľkových procesoroch alebo špecializovanom geoinformačnom systéme.

Na základe toho je možné nasledujúce rozdelenie línie „Formalizácia a modelovanie“ do tém:

· Objekt. Klasifikácia objektov. Objektové modely. 2h

· Klasifikácia modelov. Hlavné fázy modelovania. 2h

· Formálne a neformálne vyjadrenie problému.

· Základné princípy formalizácie. 2h

· Koncepcia informačných technológií na riešenie problémov.

· Budovanie informačného modelu. 2h

Vzdelávacie úlohy riešené v rámci štúdia informačného modelovania.

Riešenie nižšie uvedených úloh umožňuje výrazne ovplyvniť všeobecný rozvoj a formovanie svetonázoru študentov, integrovať poznatky o rôzne disciplíny, pracovať s počítačovými programami na profesionálnejšej úrovni.

Všeobecný rozvoj a formovanie svetonázoru žiakov.

Pri výučbe informačného modelovania by sa mala vykonávať vývinová funkcia, žiaci pokračujú v oboznamovaní sa s ďalšou metódou poznávania okolitej reality - metódou počítačového modelovania. Pri práci s počítačovými modelmi sa získavajú nové vedomosti, zručnosti a schopnosti. Niektoré predtým získané informácie sú konkretizované a systematizované, nazerané z iného uhla pohľadu.

Zvládnutie modelovania ako metódy poznávania.

Hlavný dôraz treba klásť na vypracovanie všeobecného metodického prístupu ku konštrukcii počítačových modelov a práci s nimi. Potrebné:

1.preukázať, že modelovanie v akejkoľvek oblasti odbornosti má podobnosti; často je možné získať veľmi podobné modely pre rôzne procesy;

2. poukázať na výhody a nevýhody počítačového experimentu v porovnaní s experimentom v plnom rozsahu;

3. ukázať, že abstraktný model aj počítač predstavujú schopnosť poznávať okolitý svet a niekedy ho aj ovládať v záujme človeka.

Rozvoj praktických zručností v oblasti počítačového modelovania.

Na príklade množstva modelov z rôznych oblastí vedy a praxe je potrebné sledovať všetky etapy počítačového modelovania od štúdia simulovaného predmetu a formulácie problému až po interpretáciu výsledkov získaných v priebeh počítačového experimentu, aby sa ukázala dôležitosť a nevyhnutnosť každého odkazu. Pri riešení konkrétnych problémov je potrebné vyzdvihnúť a zdôrazniť zodpovedajúce fázy práce s modelom. Riešenie tohto problému predpokladá postupné formovanie praktických modelovacích zručností, na ktoré slúžia vzdelávacie úlohy s postupne sa zvyšujúcou náročnosťou a práca v laboratóriu na počítači.

Podpora profesijného poradenstva a rozvoj tvorivého potenciálu študentov.

Študenti vyšších ročníkov škôl stoja pred problémom výberu budúceho povolania. Vedenie kurzu počítačového modelovania je schopné identifikovať tých z nich, ktorí majú schopnosti a sklony k výskumnej činnosti. Výskumné schopnosti študentov by sa mali rozvíjať rôznymi spôsobmi, v priebehu kurzu by sa mal udržiavať záujem o vykonávanie počítačových experimentov s rôznymi modelmi a mali by sa ponúkať na dokončenie úlohy so zvýšenou zložitosťou. Jedným z cieľov kurzu je teda rozvoj tvorivého potenciálu študentov a kariérové ​​poradenstvo.

Prekonávanie predmetovej disociácie, integrácia vedomostí.

V rámci vzdelávacieho kurzu je vhodné zvážiť modely z rôznych oblastí vedy, čím je kurz čiastočne integrovaný. Aby sme pochopili podstatu skúmaného javu, správne interpretovali získané výsledky, je potrebné nielen ovládať techniky modelovania, ale aj orientovať sa v oblasti vedomostí, kde sa modelový výskum vykonáva. Implementácia medzipredmetových súvislostí v takomto kurze je nielen deklarovaná, ako to niekedy býva v iných odboroch, ale je často základom pre zvládnutie vzdelávacieho materiálu.

Rozvoj a profesionalizácia počítačových zručností.

Študenti dostanú za úlohu navrhovaný model nielen realizovať na počítači, ale čo najprehľadnejšie a v prístupnej forme aj zobraziť získané výsledky. Tu môže pomôcť konštrukcia grafov, diagramov, dynamických objektov, užitočné sú aj animačné prvky. Program musí mať adekvátne rozhranie, viesť dialóg s používateľom. To všetko predpokladá ďalšie požiadavky na znalosti a zručnosti v oblasti algoritmov a programovania, uvádza ich do komplexnejšieho štúdia možností moderných paradigiem a programovacích systémov.

1.2.3 Formovanie základných pojmov vo vyučovaní počítačového modelovania

V súčasnej fáze ľudského vývoja je nemožné nájsť takú oblasť vedomostí, v ktorej by sa modely v tej či onej miere nepoužívali. Vedy, v ktorých sa apel na modelový výskum stal systematickým, sa už nespoliehajú len na intuíciu bádateľa, ale rozvíjajú špeciálne teórie, ktoré odhaľujú zákonitosti vzťahu medzi originálom a modelom.

História modelingu siaha tisíce rokov do minulosti. Osoba ocenila skoro a často používala metódu analógií v praxi. Simulácia prešla dlhú cestu - od intuitívnej analógie k prísne vedeckej metóde.

Pred začatím výučby modelovania je potrebné zamerať pozornosť študentov na relevantnosť toho, čo sa študuje: človek už dlho používa modelovanie na štúdium objektov, procesov, javov v rôznych oblastiach. Výsledky týchto štúdií slúžia na určenie a zlepšenie charakteristík reálnych objektov a procesov; porozumieť podstate javov a rozvíjať schopnosť ich prispôsobovania alebo riadenia; na výstavbu nových objektov alebo modernizáciu starých. Modelovanie pomáha človeku robiť informované a premyslené rozhodnutia, predvídať dôsledky svojich aktivít. Vďaka počítačom sa výrazne rozširuje nielen rozsah modelovania, ale aj komplexná analýza získaných výsledkov.

V rámci časti Formalizácia a modelovanie sa žiaci oboznamujú so základmi. Študenti by mali pochopiť, čo je model a aké typy modelov sú. Je to potrebné na to, aby si študenti pri realizácii výskumu vedeli vybrať a efektívne využívať softvérové ​​prostredie a vhodné nástroje vhodné pre každý model.

Štúdium sekcie prebieha v špirále: začína pojmom „objekt“.

Predmet je určitá časť sveta okolo nás, ktorú možno považovať za celok.

Vlastnosti objektu - súbor charakteristík objektu, pomocou ktorého ho možno odlíšiť od iných objektov.

Po systematizácii pojmov spojených s objektom nastáva plynulý prechod k pojmom model, modelovanie, klasifikácia modelov.

Pojmy „modelka“, „modeling“ sú neoddeliteľne spojené, preto je vhodné diskutovať o nich súčasne.

Slovo „model“ pochádza z latinského slova modelium, čo znamená miera, obraz, metóda atď. Jeho pôvodný význam bol spojený so staviteľským umením a takmer vo všetkých európskych jazykoch sa používal na označenie obrazu, prototypu alebo veci, podobnej v istom ohľade inej veci.

Vo výkladovom slovníku "Informatika" sa modelom rozumie "skutočný fyzikálny objekt alebo proces, teoretická konštrukcia, informačný obraz predstavujúci akékoľvek vlastnosti skúmaného objektu, procesu alebo javu."

Vo filozofickej literatúre možno nájsť významovo blízke definície, ktoré sú zovšeobecnené nasledovne: „Model sa používa pri vývoji teórie objektu v prípade, keď jeho priame nasledovanie nie je možné z dôvodu obmedzení aktuálna úroveň vedomostí a praxe. Údaje o objekte priameho záujmu výskumníka sa získavajú štúdiom iného objektu, čo sa spája s prvou zhodou charakteristík, ktoré určujú kvalitatívne a kvantitatívne špecifiká oboch objektov.“

V podobnej definícii V.A. Shtoff, taký vlastnosti modelu:

· Je to mentálne vymyslený alebo materiálne realizovateľný systém;

· Reprodukuje alebo zobrazuje predmet výskumu;

· Je schopný nahradiť predmety;

· Jeho štúdium dáva nové informácie o objekte.

A.I. Uemov zdôrazňuje zovšeobecnené vlastnosti modelu :

1. Model nemôže existovať izolovane, pretože je vždy spojený s pôvodným, teda tým materiálnym alebo ideálnym systémom, ktorý v procese poznávania nahrádza.

2. Model by mal byť originálu nielen podobný, ale aj odlišný a model odráža tie vlastnosti a vzťahy originálu, ktoré sú pre človeka, ktorý ho používa, podstatné.

3. Model má špecifický účel.

teda Model- je to zjednodušený (v tom či onom zmysle) obraz originálu, s ním nerozlučne spätý, odrážajúci podstatné vlastnosti, súvislosti a vzťahy originálu; systém, ktorého štúdium slúži ako nástroj, prostriedok na získanie nových a (alebo) potvrdenie existujúcich informácií o inom systéme.

Pojem model sa vzťahuje na základné všeobecné vedecké koncepty a modelovanie je metóda poznávania reality, ktorú používajú rôzne vedy.

Modelovanie - budovanie modelov na štúdium objektov, procesov, javov.

Simulačný objekt- široký pojem, ktorý zahŕňa predmety živej alebo neživej prírody, procesy a javy skutočnosti. Samotný model môže byť fyzický alebo ideálny objekt. Prvé sa nazývajú modely v plnom rozsahu, druhé sa nazývajú informačné modely. Napríklad model budovy je model budovy v plnej mierke a výkres tej istej budovy je jej informačným modelom prezentovaným v grafickej forme (grafický model).

Klasifikácia informačných modelov môžu byť založené na rôznych princípoch. Ak ich zaradíme podľa dominantnej technológie v procese modelovania, potom môžeme rozlíšiť matematické modely, grafické modely, simulačné modely, tabuľkové modely, štatistické modely a pod.(biologické) systémy a procesy, modely procesov optimálneho ekonomického plánovania, modely procesov optimálneho ekonomického plánovania, matematické modely, modelovanie atď. modely výchovno-vzdelávacej činnosti, modely poznania a pod.. Klasifikačné otázky sú pre vedu dôležité, pretože umožňujú vytvoriť si systematický pohľad na problém, ale ich dôležitosť netreba preceňovať. Rôzne prístupy ku klasifikácii modelov môžu byť rovnako užitočné. Navyše, konkrétny model nemožno v žiadnom prípade vždy priradiť k jednej triede, aj keď sa obmedzíme na zoznam uvedený vyššie.

Materiálne (plnohodnotné) a informačné modely.

Podľa spôsobu prezentácie sa modely delia na materiálne a informačné (pozri. Schéma 2).

Materiálne modely možno inak nazvať objektívne alebo fyzické. Reprodukujú geometrické vlastnosti originálu a majú skutočné stelesnenie.

Príklady materiálových modelov:

1. Detské hračky (bábiky - model dieťaťa, plyšové hračky - model živých zvierat, autá - model skutočných áut atď.).

2. Zemeguľa – model planéty Zem.

3. Školské pomôcky (kostra človeka - maketa skutočnej kostry, maketa atómu kyslíka a pod.)

4. Fyzikálne a chemické pokusy.

Informačné modely sa nedajú dotknúť ani vidieť, nemajú hmotné stelesnenie, pretože sú postavené len na informáciách.

Informačný model - súbor informácií, ktoré charakterizujú vlastnosti a stavy objektu, procesu, javu, ako aj vzťah s vonkajším svetom.

Informačné modely zahŕňajú verbálne a znakové modely.

Verbálny model je informačný model v mentálnej alebo hovorenej forme.

Príklady verbálnych vzorov:

1. Model ľudského správania pri prechádzaní cez ulicu. Osoba analyzuje situáciu na ceste (dopravné signály, prítomnosť a rýchlosť áut a vytvára model svojho pohybu)

2. Myšlienka vynálezcu - model vynálezu.

3. Hudobná téma, ktorá skladateľovi prebleskla hlavou – model budúceho hudobného diela.

Znakový model - informačný model vyjadrený špeciálnymi znakmi, t.j. prostredníctvom akéhokoľvek formálneho jazyka.

Príklady ikonických modelov:

1. Výkres kuchynského nábytku - model nábytku do kuchyne.

2. Schéma moskovského metra - model moskovského metra.

3. Graf zmien kurzu eura je modelom rastu (depreciácie) kurzu eura.

Verbálne a znakové modely sú zvyčajne vzájomne prepojené. Mentálny obraz (napríklad cesta na určitú adresu) môže byť oblečený v symbolickej forme, napríklad v diagrame. Naopak, znakový model pomáha vytvárať správny mentálny obraz v mysli.

Podľa spôsobu implementácie sa modely informačných znakov delia na počítačové a nepočítačové.

Informačné modely sa využívajú pri teoretických štúdiách modelovania objektov. V súčasnosti je hlavným nástrojom informačného modelovania výpočtová technika a informačné technológie.

Počítačový model je model implementovaný pomocou softvérového prostredia.

Počítačové modelovanie zahŕňa postup realizmu informačného modelu na počítači a štúdium pomocou tohto modelu objektu modelovania - výpočtový experiment.

Grafické, tabuľkové a matematické modelovanie je vhodné realizovať pomocou počítača. Na tento účel teraz existuje množstvo softvérových nástrojov: programovacie systémy (SP), elektronické tabuľky (ET), matematické balíky (MP), systémy správy databáz (DBMS), grafické editory (GR) atď.

Formalizácia.

Oblasť informatiky zahŕňa nástroje a metódy počítačového modelovania. Počítačový model možno vytvoriť len na základe dobre formalizovaného informačného modelu. Čo je formalizácia?

Formalizácia informácií o určitom predmete je jeho odraz v určitej forme. Môžete tiež povedať toto: formalizácia je redukcia obsahu na formu. Formalizáciou týchto procesov sú vzorce popisujúce fyzikálne procesy. Rádiový obvod elektronického zariadenia je formalizáciou fungovania tohto zariadenia. Noty napísané na noty sú formalizáciou hudby atď.

Formalizovaný informačný model je určitý súbor znakov (symbolov), ktoré existujú oddelene od modelovacieho objektu a môžu sa prenášať a spracovávať. Implementácia informačného modelu na počítači spočíva v jeho formalizácii do dátových formátov, s ktorými si počítač „poradí“.

Môžeme však hovoriť o druhej strane formalizácie aplikovanej na počítač. Program v určitom programovacom jazyku je formalizovaná reprezentácia procesu spracovania údajov. Toto nie je v rozpore s vyššie uvedenou definíciou formalizovaného informačného modelu ako množiny znakov, keďže strojový program má znakovú reprezentáciu. Počítačový program je model ľudskej činnosti pri spracovaní informácií, redukovaný na postupnosť elementárnych operácií, ktoré môže vykonávať počítačový procesor. Preto je počítačové programovanie formalizáciou procesu spracovania informácií. A počítač funguje ako formálny vykonávateľ programu.

Fázy informačného modelovania

V procese modelovania sa rozlišujú 4 fázy (pozri. Schéma 3):

1. Vyjadrenie problému.

2. Vývoj modelu.

3. Počítačový experiment.

4. Analýza výsledkov simulácie.

Formulácia problému

Popis úlohy

Úloha (alebo problém) je formulovaná v bežnom jazyku a popis by mal byť jasný. Hlavnou vecou v tejto fáze je definovať objekt modelovania a pochopiť, aký by mal byť výsledok.

Formulácia cieľa simulácie

Ciele modelovania môžu byť:

znalosť okolitého sveta;

Vytváranie objektov so špecifikovanými vlastnosťami (tento cieľ zodpovedá formulácii problému „ako urobiť ...“);

Určenie dôsledkov dopadu na objekt a správne rozhodnutie (tento cieľ zodpovedá konštatovaniu problému "čo sa stane, ak ...");

Stanovenie efektívnosti objektového (procesného) riadenia.

Objektová analýza

V tejto fáze sa na základe všeobecnej formulácie problému jasne identifikuje modelovaný objekt a jeho hlavné vlastnosti. Keďže vo väčšine prípadov je pôvodný objekt celý súbor menších komponentov, ktoré sú v určitom prepojení, analýza objektu bude znamenať rozklad (rozkúskovanie) objektu s cieľom identifikovať komponenty a povahu spojení medzi nimi.

2. Vývoj modelu

Informačný model

V tejto fáze sa odhaľujú vlastnosti, stavy a ďalšie charakteristiky elementárnych objektov, vytvára sa predstava elementárnych objektov, ktoré tvoria pôvodný objekt, t.j. informačný model.

Ikonický model

Informačný model je spravidla prezentovaný v jednej alebo inej symbolickej forme, ktorá môže byť počítačová alebo nepočítačová.

Počítačový model

Existuje veľké množstvo softvérových systémov, ktoré umožňujú výskum (modelovanie) informačných modelov. Každé prostredie má svoje nástroje a umožňuje pracovať s určitými typmi informačných objektov, čo spôsobuje problém výberu najvhodnejšieho a najefektívnejšieho prostredia na riešenie problému.

3. Počítačový experiment

Plán simulácie

Modelovací plán by mal odrážať postupnosť práce s modelom. Vývoj testov a testovanie modelov by mali byť prvými položkami tohto plánu.

Testovanie- proces kontroly správnosti modelu.

Test- súbor počiatočných údajov, pri ktorých je vopred známy výsledok.

Ak sa hodnoty testu nezhodujú, je potrebné hľadať a odstrániť príčinu.

Technológia modelovania

Simulačná technológia- súbor účelových akcií užívateľa nad počítačovým modelom.

4. Analýza výsledkov simulácie

Konečným cieľom modelovania je rozhodovanie, ktoré by sa malo rozvíjať na základe komplexnej analýzy získaných výsledkov. Táto etapa je rozhodujúca – buď výskum pokračuje (návrat k 2 alebo 3 etapám), alebo sa skončí.

Výsledky testovania a experimentovania sú základom pre vývoj riešenia. Ak výsledky nezodpovedajú cieľom úlohy, v predchádzajúcich fázach došlo k chybám. Môže ísť o príliš zjednodušenú konštrukciu informačného modelu, alebo neúspešný výber metódy či prostredia na modelovanie, prípadne porušenie technologických techník pri zostavovaní modelu. Ak sa zistia takéto chyby, potom je potrebné model upraviť, t.j. vrátiť sa do jednej z predchádzajúcich fáz. Proces pokračuje, kým výsledky simulácie nesplnia ciele simulácie.

Pri riešení konkrétneho problému možno niektoré z etáp vylúčiť alebo zlepšiť, niektoré pridať.

1.3 Rozvoj tvorivých schopností žiakov pri využívaní edukačných a tvorivých úloh počítačového modelovania

Zoznam cieľov, ktorých dosiahnutie zabezpečuje vyučovanie informatiky na stupni základného všeobecného vzdelávania, poukazuje na rozvoj tvorivých schopností pomocou IKT. Ak sa pozrieme na ciele vyučovania informatiky a informačných technológií na stupni stredoškolského (úplného) vzdelávania, uvidíme, že sa tu okrem nástrojov IKT predpokladá rozvoj tvorivých schopností prostredníctvom rozvoja a využívania počítačovej techniky. vedecké metódy. Práve modelovanie a formalizácia sú podľa nášho názoru v najväčšej miere tie metódy informatiky, ktorých rozvoj a využívanie v kombinácii s ich implementáciou pomocou IKT povedie k zvýšeniu úrovne rozvoja tvorivých schopností. .

Modelovanie je tvorivý proces, preto vyučovanie tejto témy má dostatok príležitostí na rozvoj tvorivých schopností žiakov. Pozrime sa na niektoré aspekty výučby modelovania v školskom kurze informatiky.

Podľa M.P. Lapchik a pod.Tému "Hlavné etapy počítačového modelovania" je vhodné študovať v špecializovaných kurzoch zameraných na modelovanie. Tí istí autori poukazujú na to, že pri štúdiu línie „Modelovanie a formalizácia“ v základnom kurze by študenti mali byť schopní „vykonať v jednoduchých prípadoch systémovú analýzu objektu (formalizáciu) s cieľom zostaviť jeho informačný model“ a „ vykonať výpočtový experiment na najjednoduchšom matematickom modeli." Tieto zručnosti sú neoddeliteľnou súčasťou procesu holistického modelovania. Preto sa domnievame, že štúdium tejto témy je povinné v základnom kurze.

Urobme porovnávaciu analýzu hlavných fáz počítačového modelovania (autor - N.V. Makarova) a štruktúry tvorivého procesu (autor - Ya.A. Ponomarev):

Kroky simulácie	Etapy tvorivého procesu
1. Vyjadrenie problému: popis úlohy; účel simulácie; analýza objektu.	1. Uvedomenie si problému: vznik problémovej situácie; pochopenie a pochopenie dostupných údajov; vyjadrenie problému (otázka).
2. Vývoj modelu.	2. Riešenie problému: vývoj hypotéz; vývoj riešenia, experiment.
3. Počítačový experiment.
4. Analýza výsledkov simulácie (ak výsledky nespĺňajú ciele, v predchádzajúcich fázach došlo k chybám).	3. Overenie riešenia (v dôsledku realizácie tejto etapy nemusí byť predložená hypotéza opodstatnená, potom je nahradená inou).

Porovnanie fáz nám umožňuje dospieť k záveru, že proces modelovania sa ľahko hodí, je v súlade s kreatívnym procesom. Výučba modelovania a najmä jeho postupného plánovania preto vedie k formovaniu vedomostí a plánovaniu tvorivých činností.

Keďže všetky fázy modelovania sú určené úlohou a cieľmi modelovania, pre každú špecifickú triedu modelov môže schéma prejsť určitými zmenami. Takže vo vzťahu k matematickým modelom je problémové vyhlásenie rozdelené do nasledujúcich etáp:

1. zdôraznenie predpokladov, na ktorých bude založený matematický model;

3. záznam matematických vzťahov spájajúcich výsledky s počiatočnými údajmi (tento vzťah je matematickým modelom).

Tu je príklad dvoch študentov, ktorí dokončili zadanie na vytvorenie matematického modelu hmotnosti portfólia školáka:

Riešenie 1:

Riešenie 2:

1. Predpoklady zvýraznenia: hmotnosť denníka sa rovná hmotnosti zápisníka; počet zošitov a počet učebníc sa rovná počtu predmetov v daný deň; aktovka obsahuje len zošity, diár, učebnice a peračník. m4 (kg) je hmotnosť nádoby; n (ks) - počet subjektov; 3. Matematický model М = m1 + m2 n + m3 (n + 1) + m4, kde m1> 0, m2> 0, m3> 0, m4> 0, n> 1.

1. Predpoklady zvýraznenia: všetky učebnice majú rovnakú hmotnosť; všetky notebooky majú rovnakú hmotnosť; v aktovke môžu byť zošity, diár, učebnice, peračník a "niečo iné" (hračka, chlebíček a pod.). 2. Stanovenie počiatočných údajov a výsledku: m1 (kg) - hmotnosť prázdneho portfólia; m2 (kg) - hmotnosť jednej učebnice; m3 (kg) - hmotnosť jedného notebooku; m4 (kg) je hmotnosť denníka; m5 (kg) - hmotnosť nádoby; m6 (kg) je hmotnosť „niečoho iného“; n1 (ks) - počet učebníc; n2 (ks) - počet zošitov; M (kg) je hmotnosť portfólia študenta. 3. Matematický model: М = m1 + m2 n1 + m3 n2 + m4 + m5 ++ m6, kde m1> 0, m2> 0, m3> 0, m4> 0, m5> 0, m6> 0, n1> 0, n2> 0.

Tento príklad jasne potvrdzuje, že úlohy tohto typu umožňujú jasne sledovať fázovú tvorbu modelu a sú názorným príkladom tvorivej činnosti študentov. Vytvorením rôznych predpokladov dostane každý študent svoj vlastný odlišný model.

Po preskúmaní a analýze aparátu úloh učebníc informatiky odporúčaných pre stredoškolákov na prítomnosť modelovacích úloh súvisiacich so vzdelávacími a tvorivými úlohami môžeme konštatovať, že takmer všetky učebnice majú úlohy na formalizáciu a aplikáciu matematických metód, ako aj úlohy iného typu, ktorých riešenie sa redukuje na použitie matematického aparátu. Autori učebníc však prakticky neponúkajú úlohy na rozvoj takých zložiek tvorivých schopností jednotlivca, ako je schopnosť vidieť problémy a rozpory, kritické myslenie a schopnosť hodnotových úsudkov, schopnosť nájsť potrebné informácie a preniesť ich. , aplikovať ho v kontexte problému, schopnosť formulovať a preformulovať úlohy, komunikácia a kreativita a pod.

Pojem „úloha“ je podľa frekvencie používania jedným z najrozšírenejších vo vede a vzdelávacej praxi. Niektorí autori považujú pojem „úloha“ za nedefinovaný a v najširšom zmysle znamená niečo, čo si vyžaduje vykonanie, riešenie. Z hľadiska používania učebných pomôcok pôsobí ako prostriedok cieľavedomého formovania vedomostí, zručností a schopností. Žiaľ, v učebniciach sa úlohy stále využívajú najmä na formovanie schopnosti aplikovať poznatky (v zmysle memorovania faktov a ich reprodukcie). V našej štúdii sa budeme zaoberať vzdelávacími a tvorivými úlohami, ktoré zahŕňajú inú schému riešenia s použitím netradičných metód a prostriedkov. Ide už o novú etapu využívania úloh, kedy slúžia na rozvoj osobnosti a vzdelávanie žiakov.

Väčšina úloh informačného modelovania sa týka vzdelávacích a tvorivých úloh (UTT), ktorých definíciu, zdôvodnenie obsahu a úlohy, ako aj klasifikáciu navrhol V.I. Andrejev. Zastavme sa podrobnejšie pri koncepte vzdelávacích a tvorivých úloh a ich klasifikácii.

"Výchovná a tvorivá úloha- ide o formu organizovania obsahu vzdelávacieho materiálu, pomocou ktorej sa učiteľovi darí vytvárať pre žiakov tvorivú situáciu, priamo alebo nepriamo stanoviť cieľ podmienok a požiadaviek výchovno-vzdelávacej a tvorivej činnosti, v procese ktoré si žiaci aktívne osvojujú vedomosti, zručnosti, zručnosti, rozvíjajú tvorivé schopnosti jednotlivca.“

Podľa nášho názoru pri výučbe modelovania je možné využiť vzdelávacie a tvorivé úlohy na rozvoj rôznych zložiek tvorivých schopností.

Klasifikácia vzdelávacích a tvorivých úloh navrhnutá V.I. Andreev je dosť rozsiahly.

Klasifikácia výchovných a tvorivých úloh v súvislosti s ich využitím na rozvoj tvorivých schopností jednotlivca:

	Príklady modelovacích úloh	Rozvíjateľné zložky kreativity
1. Problémy s nesprávne prezentovanými informáciami	Už spomínaný problém portfólia žiaka, v ktorom prakticky nie sú žiadne prvotné informácie, ale len cieľ aktivity. Vytvorte vzťahový model pre cestovnú kanceláriu.	Schopnosť nájsť potrebné informácie a použiť ich v kontexte úlohy
2. Úlohy na predpovedanie	Matematické modelovanie: aká bude populácia Ruska do roku 2050? Verbálne alebo grafické modelovanie: vytvorte model pre školu 21. storočia.	Schopnosť vytvárať nápady, predpokladať
3. Úlohy na optimalizáciu	Aké sú rozmery dĺžky a šírky pravouhlého úseku plochy S, spotrebuje sa najmenej plotu?	Flexibilita, racionalizmus myslenia
4. Úlohy na vzájomné hodnotenie	Úlohy na posúdenie primeranosti modelu: matematický model závislosti rastu populácie améb od plodnosti vyjadruje vzorec: H (I + 1) = H (I) * 2. Odráža tento model skutočný proces? Aké ďalšie faktory by sa mali zvážiť?	Kritické myslenie, schopnosť hodnotiť
5. Úlohy na zisťovanie rozporov a formulovanie problému	V mestskom kine s kapacitou 100 miest sa denne uskutoční 5 premietaní. V priebehu týždňa bude uvedený film „Turkish Gambit“. Preskúmajte situáciu z rôznych uhlov pohľadu vytvorením úloh na riešenie problémov, ako napríklad „čo sa stane, ak ...“ a „ako robiť ...“. Formulujte závery a dávajte odporúčania.	Schopnosť vidieť problémy a rozpory
6. Úlohy pre vývoj algoritmických a heuristických receptov	Vytvorte algoritmus na vytvorenie modelu šachovnice v grafickom editore. Vytvorte algoritmus na konverziu neštruktúrovaných informácií o objekte do tabuľky vo forme „objekt-vlastnosť“ alebo „objekt-objekt“. Vytvorte si popisný model správania pri stretnutí s osobou opačného pohlavia.	Schopnosť zovšeobecňovať a okliešťovať duševné operácie, schopnosť reflektovať myslenie
7. Úlohy na správnu formuláciu úlohy	Matematický model je uvedený vo forme diagramu. Zostavte tabuľku, pre ktorú je možné vytvoriť takýto diagram (tabuľka by mala byť zmysluplná). Predstavte si problém, v dôsledku ktorého riešenia možno získať logický model tvaru (А В) → С.	Schopnosť formulovať a preformulovať ciele
8. Logické úlohy	Úlohy na tvorbu logických modelov. Úlohy na vývoj štrukturálnych (hierarchických, sieťových, relačných) modelov.	Intelektuálne a logické schopnosti
9. Dizajnérske úlohy	Počítačový návrh, vymodelovanie objektu podľa technického výkresu alebo výkresu s chýbajúcimi čiarami, dotvorenie tvaru detailov objektu a pod.	Dizajnová schopnosť

Samozrejme, limitovaný počet hodín venovaných štúdiu odboru „Modelovanie a formalizácia“ v základnom kurze informatiky je prekážkou plného využitia systému vzdelávacích a tvorivých úloh vo vyučovaní. Tieto úlohy však možno zaradiť do rôznych tém informatiky. Z podmienok problémov je zrejmé, že na ich riešenie a implementáciu informačných modelov stačí mať zručnosti práce v univerzálnych softvérových prostrediach: grafický a textový editor, počítačové prezentácie, tabuľkové procesory a DBMS. Schopnosti týchto softvérových nástrojov sú také, že pri zručnom výbere úloh, vytváraní atmosféry tvorivosti v triede, používanie týchto programov pomáha rozvíjať u žiakov predstavivosť, fantáziu, intuíciu, iniciatívu, t.j. tie osobné vlastnosti, ktoré sú klasifikované ako tvorivé. Niektoré z úloh je preto možné uplatniť pri výučbe informačných technológií v základnom kurze informatiky. Je možné ich využiť aj v špecializovaných kurzoch zameraných na modelovanie alebo informačné technológie.

Nami odporúčané vzdelávacie a tvorivé úlohy sa aplikujú v štádiu zadávania a formalizácie úlohy a pri vytváraní symbolického informačného modelu sú informačné technológie len prostriedkom na realizáciu a skúmanie vytvoreného modelu. Takže napríklad úlohy s nesprávne prezentovanými informáciami (úlohy s chýbajúcimi počiatočnými informáciami, úlohy s nadbytočnými informáciami, úlohy s protichodnými počiatočnými informáciami, úlohy, v ktorých prakticky neexistujú žiadne počiatočné informácie, ale iba cieľ aktivity) možno použiť vtedy, keď výučbová práca v akomkoľvek softvérovom prostredí. Potreba vypracovať algoritmickú receptúru môže byť obsiahnutá v stave problému, alebo môže vzniknúť v procese jeho riešenia či softvérovej implementácie. Manažérske úlohy a komunikatívno-kreatívne úlohy je možné uplatniť v projektových aktivitách a skupinovej práci. Považujeme teda za možné spoločne vyučovať informačné technológie a informačné modelovanie za účelom hlbšieho, vedomého a zmysluplného štúdia oboch línií, a čo je najdôležitejšie - zvýšiť úroveň rozvoja tvorivých schopností študentov.

Výučba vývoja modelov ako ucelený postupný proces a široké využitie vzdelávacích a tvorivých úloh nám teda umožňuje poukázať na pedagogické možnosti výučby informačného modelovania ako tvorivého procesu.

Kapitola II. Experimentálna práca o štúdiu úlohy vzdelávacích a tvorivých úloh vo vyučovaní počítačového modelovania pri rozvoji tvorivých schopností žiakov

Osobitnú úlohu v pedagogickom výskume zohráva experiment -špeciálne organizované testovanie tej či onej metódy, akceptácia práce na identifikáciu jej pedagogickej účinnosti.

Experiment (z lat. Experimentum - pokus, zážitok) je metóda poznávania, pomocou ktorej sa v prírodných podmienkach alebo umelo vytvorených, riadených a riadených podmienkach skúma pedagogický jav a hľadá sa spôsob riešenia vedeckého problému. . Experiment je teda metóda pedagogického výskumu, pri ktorej dochádza k aktívnemu ovplyvňovaniu pedagogických javov vytváraním nových podmienok zodpovedajúcich cieľu výskumu. Experiment by mal byť odpoveďou na nejakú otázku. Jeho cieľom by malo byť testovanie hypotézy. Neexistuje experiment bez hypotéz, rovnako ako neexistuje experiment bez presvedčivých teoretických a štatistických dôkazov, ktoré spĺňajú moderné požiadavky.

Existujú rôzne klasifikácie typov experimentov.

V našom prípade použijeme porovnávací experiment - keď v jednej skupine sa práca (školenie) vykonáva novou metodikou a v druhej - podľa všeobecne uznávanej alebo inej ako v experimentálnej skupine a súčasne časovou úlohou je identifikovať najväčšiu účinnosť rôznych metód. Takýto experiment sa vždy realizuje na základe porovnania dvoch podobných paralelných skupín, tried – experimentálnej a kontrolnej.

2.1 Popis experimentálnej práce

Pedagogický experiment sa uskutočnil v štátnej vzdelávacej inštitúcii mesta Moskva, vzdelávacom stredisku č. 1456. Účastníkmi experimentu sú žiaci jedného z 9 ročníkov. Výskum sa uskutočnil v 3. štvrťroku akademického roka 2008-2009.

Časť študentov (10 osôb), ktorí sa zúčastnili voliteľného predmetu, tvorí experimentálnu skupinu; zo zostávajúcich študentov bolo 10 náhodne vybraných do kontrolnej skupiny.

Porovnávané skupiny študentov sú rovnocenné z hľadiska východiskových údajov aj z hľadiska podmienok pedagogického procesu pri realizácii formatívneho experimentu.

Musíme zistiť, ako využitie edukačných a tvorivých úloh vo vyučovaní počítačového modelovania ovplyvňuje rozvoj tvorivých schopností žiakov.

Za týmto účelom sa realizuje porovnávací pedagogický experiment, kde jedna skupina (experimentálna) navštevuje nepovinné hodiny, ktoré sú vedené podľa nami vypracovanej metodiky a druhá (kontrolná) sa podľa tejto metodiky neučí.

Ako pracovná hypotéza bolo navrhnuté, že výučba počítačového modelovania podľa nami vyvinutej metodiky, kde sa využívajú edukačné a tvorivé úlohy, prispeje k zvýšeniu úrovne rozvoja tvorivých schopností žiakov (a to takých zložiek tvorivých schopností ako napr. originalita a jedinečnosť).

Experimentálna práca pozostávala z troch etáp.

Fáza 1 - zisťovanie. Jeho účelom bolo identifikovať úroveň rozvoja tvorivých schopností žiakov.

2. fáza – Formatívna. Účel: zvýšiť úroveň rozvoja tvorivých schopností školákov využívaním vzdelávacích a tvorivých úloh pri vyučovaní grafického modelovania na voliteľných hodinách.

3. fáza - kontrola. Účelom tejto etapy je identifikovať úroveň rozvoja tvorivých schopností školákov (opakované testovanie).

takze 1. etapa - zisťovanie - zisťovanie úrovne rozvoja tvorivých schopností žiakov.

Najprv sa analyzovala úroveň rozvoja tvorivých schopností študentov. V tejto fáze sme realizovali vstupné testovanie: test „Diagnostika neverbálnej tvorivosti“ (pozri prílohu). Diagnostické možnosti upravenej verzie metodiky tohto testu umožňujú posúdiť dve zložky tvorivých schopností ako originalitu a jedinečnosť.

Výsledky testu nájdete v tabuľke 3.

2. fáza – Formatívna. Účel etapy: zvýšiť úroveň rozvoja tvorivých schopností školákov vyučovaním počítačového modelovania na voliteľných hodinách.

V tejto fáze sme pri realizácii voliteľných hodín využili nami vypracovaný blok voliteľného kurzu, ktorý zodpovedá nasledovnému tematickému plánovaniu (pozri tabuľku 1). Ako softvérové ​​prostredie pre rozvoj tvorivých schopností prostredníctvom školenia v oblasti počítačového modelovania sme zvolili grafický editor Paint.

Stôl 1.

Tematický plán bloku "Grafické modelovanie"

Číslo lekcie	Téma lekcie	Počet hodín	Druh vzdelávacej aktivity
1	Model a koncepty modelovania. Klasifikácia modelov. Grafické modely	1	Prednáška s prvkami konverzácie
2	Kroky simulácie	1	Prednáška s prvkami konverzácie
3-5	Laboratórna práca č. 1 "Modelovanie geometrických tvarov"	3 (1+2)	Laboratórna dielňa
6-9	Dizajn je druh modelovania. Laboratórna práca č. 2 "Počítačový dizajn"	4 (2+2)	Prednáška s prvkami konverzácie. Laboratórna dielňa
10-13	Laboratórna práca č. 3 "Modelovanie objemových štruktúr"	4 (2+2)	Laboratórna dielňa
14	Zhrnutie. Výstava prác študentov	1
Celkom:	14

Pri vývoji kurzu výučby počítačového modelovania sme sa snažili vyberať úlohy pre laboratórne práce tak, aby prispievali k rozvoju tvorivých schopností študentov.

Hlavná časť bloku je tvorená laboratórne práce ... Laboratórne práce sú hlavnou formou práce v počítačovej triede. Laboratórne práce poskytujú študentom možnosť samostatne sa venovať výskumnej činnosti, čo im umožňuje upevniť si získané poznatky a pomáha položiť základy pre ďalšiu samostatnú prácu.

Laboratórna práca pozostáva z dvoch častí: prvá časť obsahuje ukážky vzdelávacích a tvorivých úloh, v ktorých sú sledované všetky fázy modelovania; druhá časť obsahuje úlohy na sebarealizáciu. Takáto štruktúra laboratórnej práce je opodstatnená: prvá časť vám umožňuje formovať zručnosti na reprodukčnej úrovni, druhá poskytuje príležitosť na upevnenie získaných zručností, prispieva k prejavu a rozvoju tvorivých schopností.

Laboratórne práce dostávajú študenti v tlačenej forme. Obsah fragmentov laboratórnej práce, zvýraznený sivou farbou, je výsledkom spoločnej práce učiteľa a študentov, konkrétne procesu diskusie o danej úlohe (pozri & 2).

Všetci žiaci, ktorí sa zúčastnili výberového konania, mali zručnosti pracovať v prostredí grafického editora Maľovanie, keďže výberový predmet z informatiky navštevovali v 8. ročníku. Za iných okolností sa triedy, ktoré sme vytvorili, môžu viesť po preštudovaní témy „Technológia spracovania grafických informácií“ v kurze informatiky, napríklad v 10. alebo 11. ročníku.

Poslednou, záverečnou fázou experimentálnych prác je kontrolná fáza. Účelom tejto etapy je identifikovať úroveň rozvoja tvorivých schopností školákov.

Táto fáza zahŕňa opätovné testovanie účastníkov v experimentálnej a kontrolnej skupine pomocou testu „Diagnostika neverbálnej tvorivosti“ (pozri prílohu), na kontrolu efektívnosti tréningu, ako aj porovnanie s výsledkami zisťovacej fázy.

Výsledky testu nájdete v tabuľke 4.

2.2 Metodický vývoj pre výučbu grafického modelovania v kurze informatiky

Rovnako ako pri akomkoľvek inom modelovaní, pri grafickom modelovaní by ste si mali vybrať jeho objekt, určiť ciele modelovania, vytvoriť informačný model v súlade s úlohou a vybrať modelovací nástroj.

V prostredí grafického editora, ktorý je pohodlným nástrojom na zostavovanie grafických modelov, vznikajú grafické objekty - obrázky. Akákoľvek kresba je na jednej strane modelom nejakého originálu (skutočného alebo mentálneho objektu) a na druhej strane je objektom grafického editora.

V prostredí grafického editora je veľmi dôležité vedieť vytvoriť zovšeobecnený informačný model grafického objektu (pozri tabuľku 2).

tabuľka 2

Informačný model grafického objektu

Na zostavenie počítačových grafických modelov je potrebné vyriešiť tieto úlohy:

· Modelovanie geometrických operácií, poskytovanie presnej konštrukcie v grafickom editore;

Modelovanie grafických objektov so špecifikovanými vlastnosťami, najmä tvarom a veľkosťou

Zoznam požiadaviek na vedomosti a zručnosti študentov potrebné na štúdium grafického modelovania:

1. Študenti by mali vedieť:

· Spôsoby reprezentácie obrázkov v pamäti počítača; koncepty pixelov, raster, farebné kódovanie, video pamäť;

Aké sú oblasti použitia počítačovej grafiky;

· Menovanie grafických redaktorov;

· Účel hlavných komponentov prostredia grafického editora Maľovanie: pracovná plocha, menu nástrojov, grafické primitívy, paleta, guma atď.

2. Študenti by mali byť schopní:

· Vytvárajte obrázky pomocou grafického editora Paint;

· Uložiť výkresy na disk a načítať z disku.

Príklady laboratórnych prác:

Laboratórna práca č. 1 "Modelovanie geometrických tvarov"

Úloha 1. "Pravidelný trojuholník"

1. fáza Formulácia problému

POPIS PROBLÉMU

Zostrojte rovnostranný trojuholník s danou stranou.

ÚČEL SIMULÁCIE

FORMALIZÁCIA PROBLÉMU

2. fáza Vývoj modelu

Zostrojte trojuholník pomocou algoritmu (pozri obr. 1) a dokážte, že výsledný trojuholník je skutočne správny. Tento algoritmus navrhol Euclid v IV storočí. pred Kr.

Obr. Algoritmus na zostrojenie rovnostranného trojuholníka s danou stranou

EXPERIMENTÁLNY plán

1. Testovanie modelu vytvoreného podľa daného algoritmu jeho zarovnaním s pôvodným segmentom.

2. Vytvorenie a testovanie modelu pomocou nášho vlastného algoritmu s rovnakými počiatočnými údajmi.

3. Výskum a analýza dvoch konštrukčných algoritmov s cieľom určiť najlepší.

VEDENIE VÝSKUMU

1. Dokážte správnosť vyššie uvedených a vlastných algoritmov pre model.

2. Skombinujte konštrukcie vytvorené podľa rôznych algoritmov.

4. fáza Analýza výsledkov

Ak sa čísla pri zarovnávaní nezhodujú, zmeňte konštrukčný algoritmus alebo zvýšte presnosť algoritmu prácou vo zväčšenej mierke (pod lupou). Ak sa zhoduje, vyberte najvhodnejší algoritmus.

Problém 2. "Pravidelný šesťuholník"

1. fáza Formulácia problému

POPIS PROBLÉMU

Zostrojte pravidelný šesťuholník s danou stranou.

ÚČEL SIMULÁCIE (priestor pre odpovede študentov)

_____________________________________________________________

FORMALIZÁCIA PROBLÉMU (tabuľku vypĺňajú žiaci)

Objasňujúca otázka

Odpoveď

2. fáza Vývoj modelu

Zostrojte šesťuholník pomocou algoritmu (pozri obr. 2) a dokážte, že výsledný šesťuholník je skutočne správny.

Obr. Algoritmus na zostrojenie rovnostranného šesťuholníka s danou stranou

3. fáza Počítačový experiment

EXPERIMENTÁLNY plán (priestor pre odpovede študentov)

_____________________________________________________________

_____________________________________________________________

_____________________________________________________________

ROBÍM VÝSKUM (priestor na odpovede študentov)

_____________________________________________________________

_____________________________________________________________

_____________________________________________________________

4. fáza Analýza výsledkov (priestor na odpovede študentov)

_____________________________________________________________

_____________________________________________________________

_____________________________________________________________

1. Zostrojte rovnoramenný trojuholník pre danú základňu a a výšku h.

2. Zostrojte pravouhlý trojuholník pozdĺž prepony a nohy.

3. Zostrojte rovnoramenný trojuholník pozdĺž bočného a vrcholového uhla.

4. Zostrojte trojuholník na troch stranách.

5. Zostrojte pravidelný osemuholník s danou stranou.

6. Zostrojte trojuholník pozdĺž dvoch strán a uhol medzi nimi.

7. Zostrojte rovnobežník pozdĺž daných strán a uhla medzi nimi.

8. Zostrojte trojuholník pozdĺž protiľahlej strany o uhol a výšku nakreslenú od vrcholu tohto uhla.

9. Zostrojte trojuholník pozdĺž dvoch strán a výšku zníženú na jednu z nich.

10. Zostrojte rovnoramenný trojuholník pozdĺž základne a polomeru kružnice opísanej.

Laboratórna práca č. 2 "Počítačový dizajn"

Úloha. "Modelovanie parkiet"

1. fáza Formulácia problému

POPIS PROBLÉMU

V Petrohrade a jeho okolí sú nádherné paláce-múzeá, ktoré obsahujú umelecké diela veľkých ruských a európskych majstrov. Okrem nádherných malieb, soch, nábytku sa tu zachovali aj unikátne vzorky parkiet. Náčrty týchto parkiet vytvorili skvelí architekti. A ich nápady boli realizované remeselníkmi na parkety.

Parkety sa skladajú z častí rôznych tvarov a druhov dreva. Detaily parkiet sa môžu líšiť farbou a vzorom dreva. Z týchto dielov parketári zostavujú na špeciálnom stole vzájomne kompatibilné bloky. Z týchto blokov sa na podlahe v miestnosti montujú skutočné parkety.

Jedna z odrôd parkiet je tvorená pravidelnými geometrickými tvarmi (trojuholníky, štvorce, šesťuholníky alebo zložitejšie tvary). V rôznych kombináciách môžu detaily parkiet poskytnúť jedinečné vzory. Predstavte si seba ako dizajnéra parkiet, ktorý dokončuje zákazku.

Úloha je typu „Ako urobiť ...“.

ÚČEL SIMULÁCIE

Vypracujte náčrt parkiet.

STREDNÉ CIELE

Vyviňte súbor štandardných parketových dielov - parketové menu (pozri obr. 1).

Obr. Parketové menu

Navrhnite štandardný parketový blok z dielov.

FORMALIZÁCIA PROBLÉMU

Objasňujúca otázka	Odpoveď
Čo sa modeluje?	Geometrický objekt - mnohouholník
	Mnohouholník je pravidelný. Počet strán mnohouholníka - 3, 4, 6
čo sa pýta?	Úsečka rovná strane mnohouholníka
Čo potrebujete získať?	Parketové detaily, parketový blok, geometrické parkety
	Pravítko, kružidlo
	Neexistuje žiadny kompas. Kompas nahrádza vpísaný štvorec

2. fáza Vývoj modelu

INFORMAČNÝ MODEL

POČÍTAČOVÝ MODEL

Na modelovanie sady kompatibilných dielov, parketových blokov a parkiet ako celku môžete použiť prostredie editora farieb.

MODEL 1. Modelovanie geometrických objektov so špecifikovanými vlastnosťami na vytvorenie štandardnej sady parketových dielov s kompatibilnými rozmermi.

Vytvorte si kompletnú sadu detailov potrebných na modelovanie (pozri obr. 2) sami (pomocou vám známych algoritmov), s využitím možností rotácií a odrazov fragmentov.

Obr. Predmety ponuky parkiet

Vykonajte konštrukciu štvorca skloneného o 30 0 (60 0) podľa algoritmu (pozri obr. 3).

Obr. Algoritmus na zostavenie štvorca nakloneného o 30 0 (60 0)

Vyfarbite hotové figúrky napodobňovaním textúry rôznych druhov dreva.

Uložte vytvorené menu do súboru "Parquet Menu" a chráňte ho pred zápisom.

MODEL 2. Modelovanie parketových blokov.

Počet dielov v parketovom bloku závisí od počtu strán mnohouholníka.

Bloky je možné zostaviť z dielov jedného, ​​dvoch alebo troch typov (pozri obr. 4).

Obr. Modely parketových blokov

MODEL 3. Usporiadanie parkiet z vytvorených blokov.

Parkety sú zostavené z hotových blokov na podlahe. Výsledné dutiny v rohoch a na stenách sú utesnené dielmi zo štandardnej sady.

Počítačová skica parkiet sa vytvorí podľa rovnakého princípu na pracovnej ploche grafického editora (pozri obr. 5).

Obr. Vzorky parkiet

3. fáza Počítačový experiment

EXPERIMENTÁLNY plán

1. Testovanie štandardnej sady dielov – kontrola kompatibility.

2. Vývoj parketového bloku.

3. Testovacie bloky - kontrola ich kompatibility.

4. Modelovanie náčrtov parkiet.

VEDENIE VÝSKUMU

1. Vypracujte niekoľko možností pre parketový blok a parketové náčrty.

2. Ponúknite im možnosť výberu zákazníkovi.

4. fáza Analýza výsledkov

Ak typ parkiet nezodpovedá zámeru zákazníka, vráťte sa k jednému z predchádzajúcich krokov: vytvorte ďalší blok z rovnakej sady dielov alebo vytvorte inú sadu dielov.

Ak typ parkiet vyhovuje zákazníkovi, potom sa rozhodne o vývoji výkresov v reálnom meradle a výbere materiálov.

Úlohy na samoštúdium:

1. Predstavte si, že ste šéfom továrne na látky. Dizajnové látky s geometrickými vzormi.

2. Predstavte si, že ste majster vitráží. Navrhnite si sadu skiel na skladanie vitráží a vytvorte si vitráž.

3. Predstavte si, že za vami prišiel riaditeľ továrne na hračky. Požiada vás, aby ste navrhli sadu mozaikových dielikov a ukázali, aké vzory sa dajú z týchto dielov poskladať.

4. Vytvorte menu pre čajový alebo kávový servis (pohľad zhora) a podľa pravidiel etikety „nastavte“ sviatočný stôl pre šesť osôb.

5. Predstavte si, že ste umelcom továrne na keramické obklady. Navrhnite sadu keramických dlaždíc a použite ju na vytvorenie predmetov podmorského sveta na simuláciu kompozície "Underwater" pre kúpeľňu.

6. Predstavte si, že ste umelcom v dielni špecializovanej na výrobu kobercov. Navrhnite vzor koberca.

7. Predstavte si, že ste hlavným špecialistom továrne na koberce. Navrhnite vzory kobercov do detskej izby.

8. Jedným z najnovších trendov v interiérovom dizajne je dokončenie stropu obkladmi špeciálne navrhnutými na tento účel. Navrhnite sadu stropných dlaždíc na ozdobenie divadelnej haly.

9. Ako sa pretvára mesto, keď sú chodníky, námestia, námestia dláždené dlažobnými kockami (dlažobnými doskami). Skúste sa stať maliarom továrne na dlažbu. Navrhnite viacero možností pre chodníkové dlaždice.

10. Linoleum je veľmi praktický náter, ktorý si nevyžaduje špeciálnu starostlivosť. Ale keď už hovoríme o praktickosti, nesmieme zabúdať na krásu. Navrhnite niekoľko vzoriek linolea, ktoré napodobňuje mramorovú povrchovú úpravu.

Laboratórna práca č. 3 "Modelovanie objemových štruktúr"

Úloha. "Vytvorenie sady stavebných tehál"

1. fáza Formulácia problému

POPIS PROBLÉMU

Vytvorte súbor tehál so zadanými parametrami a, b, c (pozri obr. 1).

Obr. Tehlové menu

Úloha je typu „Ako urobiť ...“.

ÚČEL SIMULÁCIE

Konštrukcia objektu so špecifikovanými vlastnosťami.

FORMALIZÁCIA PROBLÉMU

Objasňujúca otázka	Odpoveď
Čo sa modeluje?	Tehla
Aké vlastnosti má?	Tehla má tvar pravouhlého rovnobežnostena
čo sa pýta?	Časti rovnajúce sa dĺžke, šírke a výške tehly
Čo potrebujete získať?	Sada tehál
Koľko pozícií môže tehla zaujať?	6
V akom prostredí môžete stavať?	Na papieri alebo v grafickom editore
Aké nástroje sú potrebné na kreslenie na papier?	Pravítko
Aké nástroje sú potrebné na zostavenie v prostredí grafického editora?	Nástroj Čiara
Aké funkcie grafického editora môžem použiť?	Schopnosť otáčať fragmenty obrazu v určitých uhloch a ich odrazy
Koľko tehlových pozícií stačí postaviť?	3

2. fáza Vývoj modelu

Postavte tehlu v troch polohách podľa algoritmu. Pomocou nástroja Výplň natrieme okraje farbou rovnakého tónu, ale rôznych odtieňov (pozri obr. 2).

Obr. Algoritmus stavby tehál

Pomocou schopnosti otáčať fragmenty kresby v určitých uhloch a ich odrazoch získate všetkých šesť pozícií tehly.

Všeobecná úloha:

Zostavte model z obrázku:

Úlohy na samoštúdium:

· Postavte objemový model z tehál.

Ak chcete nakresliť presné vodorovné, zvislé a 45 0 čiary, ako aj kruhy a štvorce, použite kláves .

· Na vytvorenie rovnobežných čiar sa používa kopírovanie a prilepenie existujúcej čiary.

· Na zostavenie figúrok s danými rozmermi je vhodné umiestniť originálne segmenty danej dĺžky do hornej časti listu ako referencie a použiť ich kópie.

· Pri konštrukcii pravidelných mnohouholníkov berte do úvahy ich vlastnosť zapadnúť do kruhu, ktorý možno použiť ako doplnkovú konštrukciu.

· Pri riešení grafických problémov je často potrebné použiť doplnkové konštrukcie. Pri dodatočných konštrukciách sa volí pomocná farba, ktorá sa na konci práce odstráni vyplnením bielou (farba pozadia).

2.3 Výsledky výskumu a ich analýza

Výsledkom prvej, zisťovacej, etapy bolo vstupné testovanie: test „Diagnostika neverbálnej tvorivosti“. Hodnotili sme a analyzovali také dve zložky kreativity, akými sú originalita a jedinečnosť (pozri tabuľku 3).

Tabuľka 3

Index originality		Index jedinečnosti
Žiaci	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
význam	0,71	0,70	1,18	1,09
Poznámka.

Po analýze získaných výsledkov a ich porovnaní s maximálnym možným (pre index originality - 1, pre index jedinečnosti - 3) môžeme konštatovať, že zložky tvorivých schopností žiakov nie sú dostatočne rozvinuté a výsledky kontroly a experimentálne skupiny sa nevýznamne líšia.

Na druhom stupni sa uskutočnili voliteľné hodiny pre experimentálnu skupinu, kde sa využívali vzdelávacie a tvorivé úlohy na rozvíjanie tvorivých schopností žiakov v laboratórnych prácach.

Výsledkom je, že v záverečnej, kontrolnej fáze experimentálnej práce na kontrolu účinnosti školenia, opäť odhalila úroveň rozvoja tvorivých schopností školákov pomocou test „Diagnostika neverbálnej tvorivosti“. Získali sa nasledujúce výsledky: (pozri tabuľku 4).

Tabuľka 4

Výskumné údaje o úrovni rozvoja tvorivých schopností školákov (priemerná hodnota)

Index originality		Index jedinečnosti
Žiaci	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
význam	0,84	0,76	1,80	1, 20
Percento pomer,%	18	9	52	10
Poznámka. X1 - experimentálna skupina; X2 - kontrolná skupina

Výsledky uskutočneného pedagogického experimentu sú prezentované vo forme diagramov (pozri obr. 1, obr. 2).

Obr. Dynamika komponentov kreativity (experimentálna skupina)

Obr. Dynamika komponentov kreativity (kontrolná skupina)

V porovnaní s kontrolnou skupinou sa teda v experimentálnej skupine výrazne zvýšila úroveň originality a jedinečnosti v kontrolnej fáze nášho experimentu. To nám umožňuje dospieť k záveru, že vypracované didaktické a metodické materiály, vybrané vzdelávacie a tvorivé úlohy celkom plne zabezpečujú organizáciu a vedenie tried pre štúdium grafického modelovania, prispievajú k efektívnemu rozvoju tvorivých schopností študentov.

Nami formulovaná hypotéza sa potvrdila: využívanie edukačných a tvorivých úloh vo vyučovaní počítačového modelovania prispieva k zvýšeniu úrovne rozvoja tvorivých schopností žiakov.

Záver

Tvorivé schopnosti sú individuálne vlastnosti, vlastnosti človeka, ktoré určujú úspešnosť jeho výkonu tvorivých činností rôzneho druhu.

Retrospektívna analýza problému rozvoja tvorivých schopností v procese učenia umožnila hlbšie pochopiť trendy jeho vývoja v súčasnej fáze. Početné štúdie venované štúdiu kreativity naznačujú, že tieto problémy vždy znepokojovali najlepšie mysle ľudstva (I. Kant, N. A. Berďajev, P. L. Lavrov, BC Soloviev, E. V. Ilyenkov, L. S. Vygotskij, SL Rubinstein, Ya. A. Ponomarev, AN Luk, NS Leites, BM Teplov a ďalší), ale nemáme spoločné chápanie toho, čo je objavená „kreativita“.

Z analýzy filozofickej, vedeckej, pedagogickej a psychologickej literatúry vyplýva, že problematike rozvoja osobnosti, jej tvorivého potenciálu, rozvoju a využívaniu netradičných pedagogických technológií, ktoré k tomuto rozvoju prispievajú, sa venuje značné množstvo výskumov.

V nám známej literatúre však nie je dostatočne preskúmaná problematika rozvoja tvorivých schopností žiakov pri vyučovaní počítačového modelovania pomocou edukačných a tvorivých úloh. V pedagogickej praxi učitelia pomerne často využívajú prvky rôznych technológií rozvojového vzdelávania. Chaos a nesystémovosť ich implementácie, neprispôsobenie sa podmienkam vzdelávania v rámci informačných technológií však nedávajú požadovanú efektivitu.

Kreativita je obzvlášť dôležitá v procese učenia, pretože Kreativita robí učenie zábavným, robí ho zábavným a nápaditým. Výnimkou nie je ani vyučovanie informatiky. Vhodným výberom učebných pomôcok môže učiteľ pomôcť rozvíjať kreativitu žiakov.

Je dôležité poznamenať, že tvorivé schopnosti sa nerozvíjajú v spontánnych podmienkach, ale vyžadujú si špeciálne organizovaný proces vyučovania a výchovy: prepracovanie obsahu učebných osnov, vypracovanie procedurálneho mechanizmu na realizáciu tohto obsahu, vytvorenie pedagogických podmienok pre sebavyjadrenie v tvorivej činnosti. činnosť.

O to sme sa pri našej práci snažili. Skúmali sme vzdelávacie a tvorivé úlohy ako prostriedok formovania tvorivých schopností žiakov. Pri riešení takýchto problémov nastáva akt kreativity, nájde sa nová cesta, alebo sa vytvorí niečo nové. Tu sú potrebné špeciálne vlastnosti mysle, ako je pozorovanie, schopnosť porovnávať a analyzovať, nachádzať súvislosti a závislosti, to všetko spolu tvorí tvorivé schopnosti.

V praktickej časti pre výučbu grafického modelovania sme vypracovali blok voliteľného predmetu a stanovili návod na jeho použitie.

Vyvinutý blok vyučovacích hodín sme realizovali v rámci voliteľných vyučovacích hodín pre žiakov jednej z 9 tried (GOU TSO č. 1456).

Na zistenie, ako využitie edukačných a tvorivých úloh vo vyučovaní grafického modelovania vplýva na rozvoj tvorivých schopností žiakov, bol realizovaný porovnávací pedagogický experiment.

Výsledky nášho výskumu odôvodňujú konštatovanie, že vypracované didaktické a metodické materiály dostatočne v plnej miere zabezpečujú organizáciu a priebeh vyučovacích hodín pre štúdium grafického modelovania, prispievajú k efektívnemu rozvoju tvorivých schopností študentov.

Nedostatočná znalosť tejto témy otvára veľké možnosti pre jej výskum, tvorbu vyučovacích metód a vývoj kreatívnych úloh pre počítačové modelovanie. Dúfame, že nami vyvinuté didaktické a metodické materiály nájdu uplatnenie v modernej škole.

Bibliografia

1. Andrejev, V.I. Dialektika výchovy a sebavýchovy tvorivej osobnosti [Text] / V.I. Andrejev. - Kazaň: Kazan University Publishing House, 1988 .-- 238 s.

2. Bešenkov, S.A. Počítačová veda. Systematický kurz. Učebnica. pre 10. ročník [Text] / Beshenkov S.A., Rakitina E.A. - M .: Laboratórium základných vedomostí, 2001 .-- 432 s.

3. Bozovič, L.I. Problémy formovania osobnosti: Spracoval D.I. Feldshtein [Text] / Úvodný článok od D.I. Feldstein, 2. vyd. M .: Ústav praktickej psychológie, 1997. - 352 s.

4. Bochkin, A.I. Metódy vyučovania informatiky: Učebnica. príspevok [Text] / A.I. Bochkin. - Mn.: Vyš. Škola., 1998 .-- 431 s.

5. Bulatová O.S. Pedagogické umenie: Učebnica. manuál pre stud. vyššie. ped. štúdium. inštitúcie [Text] / O.S. Bulatov. - M.: Ed. Akadémia centra, 2001 .-- 240 s.

6. Úvod do vedeckého bádania v pedagogike: Učebnica. manuál pre ped študentov. inštitúty [Text] / Yu.K. Babanský, V.I. Zhuravlev, V.K. Rozov a ďalší; Spracoval V.I. Žuravleva. - M .: Školstvo, 1988 .-- 239 s.

7. Úvod do psychodiagnostiky: učebnica pre študentov stredných pedagogických vzdelávacích inštitúcií [Text] / М.К. Akimová, E.M. Borisová, E.I. Gorbačov a ďalší; Spracoval K.M. Gurevič, E.M. Borisova - M .: Vydavateľstvo. Akadémia centra, 1997 .-- 192 s.

8. Vygotsky, L.S. Predstavivosť a kreativita v detstve [Text] / L.S. Vygotsky - M .: Vzdelávanie, 1991 .-- 396 s.

9. Galygina, Irina Vladimirovna. Metódy výučby informačného modelovania v základnom kurze informatiky [Text]: Dis. Cand. ped. Vedy: 13.00.02: Moskva, 2001 198 s. RSL OD, 61: 02-13 / 838-7

10. Gnatko, N.M. Problém kreativity a fenomén napodobňovania [Text] / N.М. Gnatko. - Rástol. AN., Psychologický ústav. - M, 1994 .-- 43 s.

11. Deikina, A.Yu. Kognitívny záujem: podstata a problémy učenia [Text] / Biysk, 2002

12. Družinin, V.N. Psychológia všeobecných schopností [Text] / V.N. Družinin - 2. vyd. - SPb .: Peter Kom, 1999 .-- 368 s.

13. Zakharova I.G. Informačné technológie vo vzdelávaní: Učebnica. manuál pre stud. vyššie. ped. štúdium. inštitúcie [Text] / I.G. Zakharova - M .: Vydavateľstvo. Akadémia centra, 2003 .-- 192 s.

14. Zubko, I.I. Štúdium modelov klasifikačného typu v profilovom kurze informatiky [Text] / Diz. môcť. ped. vedy. - M., 1991.

15. Informatika a informačné technológie. Učebnica. pre 10-11 ročníkov [Text] / N.D. Ugrinovič. - M .: BINOM. Vedomostné laboratórium, 2003. - 512 s.: chor.

16. Informatika a výpočtová technika: Základné pojmy: Výklady. slová .: Viac ako 1000 základných pojmov a pojmov [Text] / A.Ya. Friedland, L.S. Khanamirova, I.A. Friedland - 3. vydanie, Rev. a pridať. - M .: OOO Vydavateľstvo Astrel: OOO Vydavateľstvo AST, 2003 .-- 272 s.

17. Informatika 7-9 tried: Učebnica. pre všeobecné vzdelanie. štúdium. inštitúcie [Text] / A.G. Gein, A.I. Senokosov, V.F. Šolochovič. - 5. vydanie, Stereotyp. - M .: Drop, 2002 .-- 240 s.: chor.

18. Informatika 7-9 ročník. Základný kurz. Workshop-problémová kniha o modelovaní. [Text] / Ed. N.V. Makarova. - SPb .: Peter, 2003 .-- 176 s.: chor.

19. Informatika 7-9 ročník. Základný kurz. teória. [Text] / Ed. N.V. Makarova. - SPb .: Peter, 2002 .-- 368 s.: chor.

20. Informatika. Základný kurz 7. – 9. ročník [Text] / I.G. Semakin, L.A. Zálogová, S.V. Rusakov, L.V. Shestakov - 2. vyd., Rev. a pridať. - M .: BINOM. Vedomostné laboratórium, 2004. - 390 s.: chor.

21. Informatika: Učebnica. pre 8-9 cl. všeobecné vzdelanie. inštitúcie [Text] / A.G. Gein, E.V. Linetskiy, M.V. Sapir, V.F. Šolochovič. - 5. vyd. - M .: Školstvo, 1999 - 256 s.

22. Počítačová grafika v dizajne: Učebnica pre vysoké školy [Text] / D.F. Mironov. - SPb .: Peter, 2004 .-- 224 s.

23. Metódy vyučovania informatiky: Učebnica. manuál pre stud. ped. univerzity [Text] / M.P. Lapchik, I.G. Semakin, E.K. Henner; Ed. M.P. Lapchik. - M.: Ed. Akadémia centra, 2001 .-- 624 s.

24. Všeobecná psychológia: Učebnica pre vysoké školy [Text] / A. Maklakov. - SPb .: Peter, 2003 .-- 592 s.: chor. - Učebnica nového storočia.

25. Základy informatiky a informatiky: sondy. štúdium. pre 10-11 cl. streda shk. [Text] / A.G. Gein, V.G. Žitomirskij, E.V. Linetsky a kol., 4. vydanie. - M .: Školstvo, 1994 .-- 254 s .: chor.

26. Základy vedeckého bádania: Učebnica. pre tech. Univerzity [Text] / V.I. Krutov, I.M. Grushko, V.V. Popov a ďalší; Spracoval V.I. Krutová, V.V. Popov. - M .: Vyššie. Shk., 1989 .-- 400 s.

27. Pedagogický encyklopedický slovník [Text] / Ch. vyd. B.M. Bim-Bad, M.M. Bezrukikh, V.A. Bolotov, L.S. Glebova a kol., Veľká ruská encyklopédia, 2002 - 528 s.

28. Pedagogické zručnosti a pedagogické technológie: Učebnica [Text] / Ed. OK Grebenkina, L.A. Baikovej. - 3. vydanie, Rev. a pridať. - M .: Pedagogická spoločnosť Ruska, 2000 .-- 256 s.

29. Psychológia. Slovník [Text] / Pod súčet. vyd. A.V. Petrovský, M.G. Jaroševskij. - 2. vydanie, Rev. a pridať. - M .: Politizdat, 1990 .-- 494 s.

30. Ponomarev, Ya.A. Psychológia tvorivosti a pedagogika [Text] / Ya.A. Ponomarev - M.: Pedagogika, 1976.

31. Rubinstein, S.L. Základy všeobecnej psychológie [Text] / S.L. Rubinstein - SPb .: Peter, 2001 .-- 720 s.: chor. - Master of Psychology.

32. Titová, Juliana Frantsevna. Metodika výučby modelovania v základnom kurze informatiky [Text] / Diz. Cand. ped. Vedy: 13.00.02: SPb., 2002 201 s. RSL OD, 61: 02-13 / 1086-1

33. Uemov, A.I. Logické základy metódy modelovania [Text] / A.I. Uemov - M .: Mysl, 1971. - 311 s.

34. Chutorskoy A.V. Moderná didaktika: Učebnica pre vysoké školy [Text] / A.V. Chutorský - SPb: Peter, 2001 - 544 s.

35. Babina N.F. Metodická podpora výučby techniky pre rozvoj tvorivých schopností študentov (na materiáli služobnej práce) [Text] / Abstrakt dizertačnej práce pre titul kandidáta pedagogických vied: 13.00.02. - Voronež, 2001.

36. Bešenkov, S.A. Formalizácia a modelovanie [Text] / S.А. Beshenkov V.Yu. Lyšková, N.V. Matveeva, E.A. Rakitina // Informatika a vzdelávanie. - 1999 - č.5.

37. Bojaršinov, M.G. Matematické modelovanie v školskom kurze informatiky [Text] / M.G. Boyarshinov // Informatika a vzdelávanie - 1999 - №7.

38. Kuznecov, AA, Moderný kurz informatiky: od prvkov k systému [Text] / AA. Kuznecov, S.A. Bešenkov, E.A. Rakitin // Informatika a vzdelávanie - 2004 - №1-2.

39. Shestakov, A.P. Špecializačná príprava v informatike vo vyšších ročníkoch strednej školy (10.-11. ročník) na základe kurzu "Počítačové matematické modelovanie" (CMM) [Text] / A.P. Shestakov // Informatika - 2002 - №34 - str. 3-12.

40. Verbálny test tvorivého myslenia // http://www.gipnoz.ru/tests.html [Elektronický dokument].

41. A.A. Gin. O kreatívnych učebných úlohách // http://www.trizminsk.org/index0. htm [elektronický dokument]

42. Bow A. Creativity // http://www.metodolog.ru/00021/00021.html [Elektronický dokument]

Aplikácia

DIAGNOSTIKA NEVERBÁLNEJ TVORIVOSTI

(metóda E. Torrensa, upravená A.N. Voroninom, 1994)

Podmienky realizácie:

Test je možné vykonať individuálne alebo skupinovo. Na vytvorenie priaznivých podmienok pre testovanie musí vedúci minimalizovať motiváciu k výkonu a orientovať testovaných na slobodné prejavovanie svojich skrytých schopností. Zároveň je lepšie vyhnúť sa otvorenej diskusii o predmetovom zameraní metodiky, t.j. netreba hlásiť, že práve kreativita (najmä tvorivé myslenie) sa testuje. Test možno prezentovať ako techniku ​​na „originalitu“, schopnosť vyjadrovať sa v figuratívnom štýle atď. Čas testovania nie je maximálne obmedzený, približne 1 - 2 minúty pre každý obrázok. Zároveň je potrebné rozveseliť testujúcich, ak dlho váhajú alebo váhajú.

Navrhovaná verzia testu je súbor obrázkov s určitým súborom prvkov (čiar), pomocou ktorých musia subjekty nakresliť obrázok na nejaký zmysluplný obrázok. V tejto verzii testu sa používa 6 obrázkov, ktoré sa navzájom neduplikujú vo svojich pôvodných prvkoch a poskytujú najspoľahlivejšie výsledky.

Test využíva tieto ukazovatele kreativity:

1. Originalita(Op), odhaľujúce mieru odlišnosti obrazu vytvoreného subjektom od obrázkov iných subjektov (štatistická zriedkavosť odpovede). Malo by sa pamätať na to, že neexistujú dva identické obrázky, mali by sme hovoriť o štatistickej vzácnosti typu (alebo triedy) kresieb. Nižšie priložený atlas zobrazuje rôzne typy kresieb a ich konvenčné názvy, ktoré navrhol autor úpravy tohto testu, odrážajúce všeobecnú podstatnú charakteristiku obrazu. Treba poznamenať, že konvenčné názvy postáv sa spravidla nezhodujú s názvami postáv, ktoré uviedli samotné subjekty. Keďže test slúži na diagnostiku neverbálnej tvorivosti, názvy obrázkov navrhnuté subjektmi sú z následnej analýzy vylúčené a slúžia len ako pomôcka na pochopenie podstaty obrázka.

2. Jedinečnosť ( Un), definovaný ako súčet dokončených úloh, ktoré nemajú vo vzorke (atlase obrázkov) obdobu.

Pokyny na testovanie

Tu je formulár s neúplnými obrázkami. Musíte ich dokončiť, nezabudnite zahrnúť navrhované prvky do kontextu a snažte sa neprekračovať ohraničujúci rámček obrázka. Môžete dokončiť kreslenie čokoľvek a ako chcete, zatiaľ čo formulár sa dá otáčať. Po dokončení výkresu ho musíte pomenovať, ktorý by mal byť podpísaný v riadku pod výkresom.

Spracovanie výsledkov testov

Pre interpretáciu výsledkov testov je nižšie uvedený atlas typických nákresov. Pre každú sériu obrázkov sa pre vzorku vypočítal index Оr. Na vyhodnotenie výsledkov testov subjektov sa navrhuje nasledujúci algoritmus akcií.

Hotové obrázky je potrebné porovnať s obrázkami v atlase, pričom treba dbať na použitie podobných detailov a sémantických spojení; pri náleze podobného typu priraďte tomuto výkresu originalitu uvedenú v atlase. Ak v atlase takýto typ kresieb nie je, za originalitu tohto dokončeného obrázku sa považuje 1,00, t.j. ona je jedinečná. Index originality sa vypočíta ako aritmetický priemer originality všetkých obrázkov, index jedinečnosti - ako súčet všetkých jedinečných obrázkov. Použitím percentilškálou zostavenou pre tieto dva indexy na základe výsledkov kontrolnej vzorky je možné určiť ukazovateľ neverbálnej tvorivosti danej osoby ako jej miesto vo vzťahu k tejto vzorke:

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

Poznámka:

1 - percento ľudí, ktorých výsledky presahujú stanovenú úroveň kreativity;

2 - hodnota indexu originality;

3 - hodnota indexu jedinečnosti.

Príklad výkladu : nech je prvý obrázok, ktorý analyzujete, podobný obrázku 1.5 v atlase. Jeho originalita je 0,74. Druhý obrázok je podobný obrázku 2.1, jeho originalita je 0,00. Tretí výkres nie je podobný, ale prvky pôvodne navrhnuté na kreslenie nie sú zahrnuté vo výkrese. Táto situácia je interpretovaná ako odklon od úlohy a originalita danej kresby je hodnotená 0. Štvrtá kresba chýba. Piata postava je uznávaná ako jedinečná (v atlase nemá analógy). Jeho originalita je 1,00. Šiesty obrázok dopadol podobne ako obrázok 6.3 a jeho originalita je 0,67. teda index originality pre tento protokol:

2,41/5 = 0,48

Index jedinečnosti(počet jedinečných obrázkov) tohto protokolu - 1 ... Výsledky protokolu diskutovaného vyššie ukazujú, že subjekt je na hranici medzi 60 a 80 % ľudí, ktorých výsledky sú uvedené v atlase. To znamená, že asi 70 % subjektov v tejto vzorke má vyššiu neverbálnu kreativitu ako on. Zároveň je index jedinečnosti, ktorý ukazuje, ako skutočne nový človek dokáže tvoriť, v tejto analýze druhoradý z dôvodu nedostatočnej diferenciačnej sily tohto indexu, preto tu ako určujúci faktor slúži celkový index originality.

REGISTRAČNÝ FORMULÁR STIMULU

Priezvisko, iniciály __________________________________

Vek _______ Skupina ____________ Dátum ________________

Nakreslite obrázky a pomenujte ich!

Môžete dokončiť kreslenie čokoľvek a ako chcete.

Nápisy musia byť čitateľné v riadku pod obrázkom.

Atlas typických kresieb

Obrázok č. 4

Aplikácia simulácie vo výučbe informatiky

R. P. Romanski

Technická univerzita, Sofia, Bulharsko

Úvod

Pre rozvoj výpočtovej techniky a zlepšenie architektonickej organizácie počítačových systémov (CS) je potrebné neustále vzdelávanie a sebazdokonaľovanie počítačových špecialistov a študentov. Pri realizácii tohto školenia je potrebné spojiť formy tradičného vzdelávania s možnosťami samoštúdia, dištančného vzdelávania, praktického vypracovania projektov a realizácie výskumných experimentov. Podstatnú úlohu vo výučbe v oblasti informatiky zohráva využívanie moderných metód štúdia architektonickej organizácie a analýzy výkonnosti systému CS. V tomto zmysle aplikácia metód modelovania v procese štúdia základných štruktúr rôznych CS a organizovania počítačových procesov umožňuje vyvinúť vhodný matematický popis skúmaného objektu a vytvoriť softvér na vykonávanie počítačových experimentov [Romanski, 2001, Arons 2000]. Analýza experimentálnych výsledkov modelovania [Bruyul, 2002] umožňuje posúdiť hlavné charakteristiky systému a výkonnosť študovaného CS.

Použitie modelovania v procese štúdia COP vám umožňuje preskúmať vlastnosti architektúry a organizácie výpočtu a riadenia. Dá sa to urobiť na základe modelového experimentu, ktorého organizácia zahŕňa navrhnutie počítačového modelu ako postupnosti troch komponentov (konceptuálny model, matematický model, softvérový model) a implementáciu tohto modelu vo vhodnom operačnom prostredí. Tento príspevok sa zaoberá možnosťou využitia rôznych metód na štúdium CS v procese ich štúdia, a to najmä aplikáciou princípov modelovania na štúdium prebiehajúcich procesov, ako aj analýzy výkonnosti systému CS. Hlavným cieľom je definovať zovšeobecnený postup počítačového modelovania ako postupnosť vzájomne súvisiacich etáp a reprezentovať hlavné etapy metodológie modelového výskumu. Na tento účel je v ďalšej časti uvedená všeobecná formalizácia počítačového spracovania informácií a vlastnosti počítačových výpočtov ako predmetu štúdia. Uplatňovanie princípov modelovania v procese štúdia CS je spojené s metodickou organizáciou výcviku v tradičnom, dištančnom alebo distribuovanom zmysle.

Počítačové systémy ako predmet štúdia a metódy výskumu

Jedným z hlavných cieľov špecializovaných vzdelávacích kurzov v oblasti počítačových systémov a výskumu výkonnosti je vyškoliť budúcich a súčasných konštruktérov počítačov, vývojárov počítačových zariadení a spotrebiteľov CS v správnom používaní technologických možností modelovania a merania charakteristík systémov. Tieto schopnosti sa využívajú tak v procese hodnotenia efektívnosti nových počítačových projektov, ako aj pri porovnávacej analýze existujúcich systémov. V procese učenia je úlohou objasniť postupnosť výskumných etáp a možnosti spracovania experimentálnych výsledkov na získanie adekvátnych odhadov výkonnostných indexov. Túto úlohu možno objasniť v závislosti od konkrétnej oblasti počítačového školenia a zvláštností princípov uvažovaného spracovania počítačových informácií.

Ryža. 1. Informačná podpora počítačového spracovania.

Počítačové spracovanie sa vo všeobecnosti týka implementácie určitých funkcií na transformáciu vstupných údajov do konečných riešení. To definuje dve úrovne funkčnej transformácie informácie (obr. 1):

matematická transformácia informácií - reálne spracovanie údajov vo forme matematických objektov a je reprezentované zovšeobecnenou funkciou f: D®R, ktorá zobrazuje prvky množiny údajov D v prvkoch množiny výsledkov R;

počítačová implementácia spracovania - predstavuje špecifickú implementáciu f *: X®Y matematickej funkcie f v závislosti od počítačového a softvérového vybavenia na základe vhodnej fyzickej reprezentácie reálnych informačných objektov.

V dôsledku toho je možné napísať zovšeobecnený funkčný model počítačového spracovania r = f (d) ºj 2 (f * [1 (d)]), kde funkcie j 1 a j 2 sú pomocné na kódovanie a dekódovanie informácií.

Berúc do úvahy CS ako predmet štúdia, treba mať na pamäti, že počítačové spracovanie pozostáva z procesov, z ktorých každý môže byť reprezentovaný vo forme štruktúry I =, kde: t je počiatočný moment procesu; A - definovanie atribútov; T - procesná stopa. Posledná zložka formálneho popisu určuje časový sled udalostí e j pre adresovanie tohto procesu prvkom systémového zdroja S = (S 1, S 2,…, S n). Postupnosť časových etáp a zaťaženie systémových prostriedkov umožňujú určiť profil výpočtového procesu (obr. 2).

Ryža. 2. Približný profil počítačového procesu.

Podpora rôznych procesov v organizácii počítačového spracovania tvorí systémové zaťaženie počítačového prostredia. Pre každý moment (t = 1,2, ...) môže byť reprezentovaný vektorom V (t) = Vt =, ktorého prvky vyjadrujú voľné (vj = 0) alebo rušné (vj = 1) zariadenie S j єS (j = 1, 2, ..., n).

Pri štúdiu CS je potrebné určiť súbor základných parametrov systému, ktoré odrážajú podstatu počítačového spracovania a tiež vypracovať metodiku na štúdium správania sa systémového zdroja a prebiehajúcich procesov. Ako hlavné parametre systému (výkonnostné indexy) je možné študovať napríklad pracovné zaťaženie každého prvku systémového zdroja, celkové zaťaženie systému CS, čas odozvy pri riešení komplexu úloh v režime viacerých programov, stupeň stability (trvanlivosti) zariadení, nákladov na počítačové spracovanie, efektívnosti paralelného plánovania alebo pseudoparalelných procesov atď.

Typický študijný program v oblasti analýzy a výskumu výkonnosti COP by mal diskutovať o hlavných teoretických a praktických problémoch v nasledujúcich smeroch:

možnosť výskumu výkonnosti počítačového vybavenia a efektívnosti počítačových procesov;

aplikácia efektívnych výskumných metód (meranie, modelovanie);

technologické vlastnosti parametrov meracieho systému (benchmark, monitoring);

technologické vlastnosti a organizácia modelovania (analytické, simulačné atď.);

metódy analýzy experimentálnych výsledkov.

To všetko je spojené s aplikáciou tejto výskumnej metódy a výberom vhodného prístrojového vybavenia. V tomto zmysle Obr. 3 je znázornená približná klasifikácia metód na štúdium CS a procesov. Možno identifikovať tri hlavné skupiny:

Softvérové ​​zmesi - predstavujú matematické vzťahy pre hodnotenie výkonu procesora na základe aplikačných faktorov jednotlivých prevádzkových tried. Umožňujú odhadnúť zaťaženie procesora štatistickou analýzou po vykonaní typických programov.

Metódy počítania - umožňujú získať spoľahlivé informácie o priebehu počítačových procesov na základe priamej registrácie určitých hodnôt dostupných parametrov COP. Na to je potrebné použiť alebo vyvinúť vhodný počítací nástroj (monitor) a zorganizovať vykonanie počítacieho experimentu. Je potrebné poznamenať, že moderné operačné systémy majú svoje vlastné systémové monitory, ktoré možno použiť na úrovni softvéru alebo firmvéru.

Metódy modelovania sa používajú vtedy, keď neexistuje skutočný objekt experimentu. Štúdium štruktúry alebo prebiehajúcich procesov v KC prebieha na základe počítačového modelu. Odráža najdôležitejšie aspekty správania sa štrukturálnych a systémových parametrov v závislosti od cieľa. Pre vývoj modelu je potrebné zvoliť najvhodnejšiu metódu modelovania, ktorá vám umožní získať maximálnu primeranosť a spoľahlivosť.

Ryža. 3. Klasifikácia metód na štúdium COP a procesov.

Tradičný vzdelávací proces zahŕňa vedenie základného kurzu prednášok v spojení so súborom cvičení v triede a/alebo laboratórnych cvičení. V oblasti informatiky je pri štúdiu organizácie CS a princípov riadenia počítačových procesov (na nízkej a vysokej úrovni), ako aj pri analýze výkonnosti systému často potrebné vyvíjať počítačové modely pri plnení laboratórnych úloh v triede alebo pri samostatnej realizácii projektov. Pre úspešné ukončenie týchto praktických prác a získanie potrebných praktických zručností je potrebné určiť postupnosť etáp a prezentovať technologické črty vývoja modelu. To umožní účastníkom získať potrebné znalosti o vývoji primeraných a spoľahlivých počítačových modelov na výskum, hodnotenie a porovnávaciu analýzu výkonnosti systému rôznych počítačových architektúr. V dôsledku toho sa navrhuje zovšeobecnený postup vykonávania modelovania, ako aj metodická schéma pre modelovú štúdiu CS a procesov.

Postup počítačového modelovania pri štúdiu KC a procesov

Hlavnou úlohou počítačového modelovania pri štúdiu CS a procesov je získavanie informácií o výkonnostných indexoch. Plánovanie modelového experimentu v procese učenia sa vykonáva na základe nasledujúcich etáp:

zber empirických údajov pre konkrétne hodnoty základných parametrov systému;

štruktúrovanie a spracovanie empirických informácií a vývoj funkčného diagramu modelu;

stanovenie apriórnych informácií a definičných oblastí prevádzkových parametrov pre vypracovanie vhodného matematického modelu pôvodného objektu;

implementácia modelových experimentov, akumulácia modelových informácií a ich následná analýza.

Zovšeobecnený formalizovaný postup pre modelovú štúdiu na organizáciu modelového experimentu je znázornený na obr. 4.

Ryža. 4. Modelový výskumný postup.

Počiatočný cieľ je určený potrebou študovať skutočný objekt (systém alebo proces). Hlavné fázy postupu sú nasledovné:

Stanovenie základnej koncepcie budovania modelu rozkladom objektu na subsystémy a zavedením prijateľnej miery idealizácie pre niektoré aspekty správania sa systémových procesov.

Matematická formalizácia štruktúry a vzťahu v skúmanom objekte na základe vhodného formálneho systému.

Matematický popis fungovania reálneho systému a vývoj vhodného funkčného modelu v závislosti od účelu simulácie.

Implementácia matematického modelu najvhodnejšou metódou modelovania.

Popis vytvoreného matematického modelu pomocou vhodného softvérového prostredia (špecializovaného alebo univerzálneho).

Uskutočnenie experimentov na základe vytvoreného modelu a následné spracovanie a interpretácia modelových informácií pre odhad parametrov výskumného objektu.

Hlavné metódy počítačového modelovania sú nasledovné:

Analytické metódy – využívajú matematické nástroje na popis komponentov reálneho systému a prebiehajúcich procesov. Na základe zvoleného matematického prístupu je matematický model zvyčajne zostavený ako systém rovníc, ktorý umožňuje jednoduché programovanie, implementácia si však vyžaduje vysokú presnosť formulácií a prijatých pracovných hypotéz, ako aj významné overenie.

Simulačné (imitačné) metódy - správanie reálneho objektu napodobňuje softvérový simulátor, ktorý pri svojej práci využíva reálnu záťaž (emuláciu), prípadne softvérový model záťaže (simuláciu). Takéto modely umožňujú štúdium zložitých systémov a získavanie spoľahlivých výsledkov, ale vykonávajú sa včas a to určuje hlavnú nevýhodu metódy - značnú spotrebu počítačového času.

Empirické metódy sú kvantitatívne techniky na registráciu, akumuláciu a analýzu informácií o fungovaní reálneho objektu, na základe ktorých možno zostaviť štatistický model na jeho štúdium. Na vyjadrenie vzťahu vybraných parametrov (napríklad zo súboru primárnych faktorov) a na výpočet štatistických charakteristík sa zvyčajne používajú lineárne alebo nelineárne rovnice.

Hlavnou úlohou počítačového modelovania je vytvorenie adekvátneho modelu, pomocou ktorého je možné presne znázorniť štruktúru skúmaného systému a prebiehajúce procesy. Vývoj počítačového modelu zahŕňa tri postupné úrovne - konceptuálny model (koncepčný koncept štruktúrovania modelu), matematický model (obraz konceptuálneho modelu pomocou matematického formálneho systému) a softvérový model (softvérová implementácia matematický model s vhodným jazykovým prostredím). Na každej úrovni počítačovej simulácie je potrebné skontrolovať primeranosť modelu, aby sa zabezpečila spoľahlivosť výsledného modelu a presnosť výsledkov modelových experimentov. Špecifickosť jednotlivých etáp postupu modelovania určuje aplikované prístupy a prostriedky hodnotenia primeranosti. Tieto vlastnosti si našli miesto vo vyvinutej metodológii počítačového modelovania, ktorá je uvedená nižšie.

Metodológia modelového výskumu

V procese počítačového modelovania, bez ohľadu na použitú metódu, je možné určiť zovšeobecnenú matematickú schému modelovej štúdie (obr. 5). Navrhovaná formalizovaná metodologická postupnosť zahŕňa niekoľko hlavných fáz, ktoré sú uvedené nižšie. V podstate predstavuje iteratívny postup na získanie potrebnej spoľahlivosti vyvinutého počítačového modelu na základe formulácie hypotézy počiatočného modelu a jej následnej modifikácie. Tento prístup je úspešný pri štúdiu zložitých systémov, ako aj pri absencii dostatočných a priori informácií pre skúmaný objekt.

Fáza "formulácia"

V prvej fáze vývoja modelu je potrebné presne a jasne definovať objekt modelovania, podmienky a hypotézy štúdie, ako aj kritériá hodnotenia efektívnosti modelu. To vám umožní vytvoriť konceptuálny model a definovať ho v abstraktných termínoch a konceptoch. Abstraktný popis zvyčajne definuje počiatočné princípy tvorby modelu (základné aproximácie, definičné rozsahy premenných, výkonnostné kritériá a typy očakávaných výsledkov). V tejto fáze je možné identifikovať nasledujúce čiastkové kroky:

Definícia a analýza úlohy. Zahŕňa jasne definovanú podstatu výskumnej úlohy a plánovanie potrebných činností. Na základe analýzy problému sa určí rozsah očakávaných opatrení a potreba dekompozície problému.

Objasnenie typu prvotných informácií. Tieto informácie umožňujú získať správne výstupné výsledky modelovania a preto je potrebné poskytnúť odhadom potrebnú úroveň spoľahlivosti.

Zavedenie predpokladov a hypotéz. Je to potrebné, ak nie je dostatok informácií na implementáciu modelu. Predpoklady nahrádzajú chýbajúce alebo úplné údaje. Hypotézy sa týkajú typu možných výsledkov alebo prostredia na implementáciu skúmaných procesov. Počas procesu modelovania môžu byť tieto hypotézy a predpoklady prijaté, vyradené alebo upravené.

Určenie hlavného obsahu modelu. Na základe použitej metódy modelovania sa uvádza osobitosť reálneho objektu, zadaná úloha a spôsob jej riešenia. Výsledkom tohto čiastkového kroku je formulácia základnej koncepcie modelu, formalizovaný popis reálnych procesov a výber vhodnej aproximácie.

Stanovenie parametrov modelu a výber výkonnostných kritérií. V tejto čiastkovej fáze sa určujú primárne a sekundárne faktory, vstupné akcie a očakávané odozvy modelu, čo je dôležité najmä pre dosiahnutie požadovanej presnosti matematického popisu. Spresnenie kritérií efektívnosti je spojené s definovaním funkčných závislostí pre hodnotenie odozvy systému pri zmene parametrov modelu.

Abstraktný popis modelu. Fáza všeobecnej formulácie konceptuálneho modelu završuje konštrukciu abstraktného modelu vo vhodnom prostredí abstraktných pojmov – napríklad vo forme štruktúrneho diagramu, ako vývojového diagramu (Data Flow Diagram), vo forme tzv. grafický diagram (štátna prechodová sieť) atď. Táto abstraktná reprezentácia uľahčuje zostavenie matematického modelu.

Ryža. 5. Metodologická schéma modelového výskumu.

Fáza "dizajn"

Návrh počítačového modelu je spojený s vývojom matematického modelu a jeho programovým popisom.

Matematický model je znázornením štruktúry skúmaného objektu a prebiehajúcich procesov vo vhodnej matematickej forme Y = Ф (X, S, A, T), kde: X je súbor vonkajších vplyvov; S - súbor parametrov systému; A - odráža funkčné správanie (algoritmy fungovania); T je čas chodu. Správanie (reakcia) objektu Y teda simuluje množinu funkčných vplyvov F, reprezentujúcich analytické závislosti (deterministické alebo pravdepodobnostné). V tomto zmysle je matematický model popisom abstraktného modelu pomocou zvoleného matematického systému, ktorý hodnotí prijaté hypotézy a aproximácie, počiatočné podmienky a definované výskumné parametre. Pri vývoji matematického modelu je možné aplikovať známe matematické vzorce, závislosti či matematické zákony (napríklad rozdelenia pravdepodobnosti), ako aj kombinovať a dopĺňať. Najbežnejšie teoretické matematické systémy pre účely modelovania poskytujú možnosť prezentovať matematický model v grafickej podobe - Petriho siete, Markovove reťazce, systémy radenia atď. adekvátnosť a následne ho môžete schváliť alebo zamietnuť.

Softvérový model je implementácia matematického popisu v softvérovom jazyku - na to sa vyberajú vhodné technické a technologické prostriedky. V procese implementácie softvéru sa na základe matematického modelu vypracuje logický štruktúrny a funkčný diagram modelu. Na zostavenie tohto obvodu môžete použiť tradičné blokové schémy alebo grafické nástroje, ktoré sú reprezentované špecializovaným simulačným prostredím, ako je napríklad GPSS (General Purpose Simulation System). Softvérová implementácia modelu je úlohou vývoja softvéru av tomto zmysle podlieha princípom programovacej technológie.

Etapa "Spresnenie"

Akcie v tejto fáze sú určené na úplné overenie navrhnutého modelu a potvrdenie jeho primeranosti. Pre ich účinnosť je nevyhnutné posúdenie súčasnej primeranosti v predchádzajúcich etapách. V tomto zmysle by sa mal proces zdokonaľovania modelu považovať za súbor distribuovaných akcií vo všetkých predchádzajúcich fázach počítačového modelovania. Vo všeobecnosti možno fázu zdokonaľovania chápať ako iteratívny postup (obr. 6), ktorý umožňuje sekvenčnú úpravu počiatočnej verzie vyvinutého modelu.

Ryža. 6. Iteratívny postup na spresnenie modelu.

Hlavným účelom kontroly spoľahlivosti modelu je určiť úroveň presnosti zhody pri prezentovaní procesov reálneho objektu a mechanizmu na registráciu výsledkov modelu. Vo všeobecnosti počítačový model predstavuje súbor jednotlivých komponentov av tomto zmysle je obzvlášť dôležité správne naplánovať kontroly primeranosti.

Fáza "Vykonanie"

Ide o fázu implementácie vytvoreného modelu (riešenie numerickou metódou alebo realizácia v čase). Najdôležitejším cieľom je získať maximum informácií pre minimálnu stratu počítačového času. Existujú dve podetapy:

Plánovanie modelového experimentu - stanovenie hodnoty kontrolovaných faktorov a pravidiel pre registráciu pozorovaných faktorov pri vykonávaní modelu. Výber konkrétneho experimentálneho dizajnu závisí od stanoveného cieľa výskumu pri optimalizácii času realizácie. Na získanie efektívneho dizajnu sa zvyčajne používajú štatistické metódy (úplný dizajn, jednorozmerný dizajn, randomizovaný dizajn atď.), ktoré umožňujú odstrániť spoločný vplyv pozorovaných faktorov a odhadnúť prijateľnú experimentálnu chybu.

Realizácia experimentu - príprava vstupných údajov, počítačová realizácia návrhu experimentu a uloženie výsledkov experimentu. Experiment môže byť realizovaný nasledovne: kontrolné modelovanie (na kontrolu výkonu a citlivosti modelu a odhad času modelu); pracovné modelovanie (skutočná realizácia vypracovaného experimentálneho plánu).

Etapa "Analýza a interpretácia výsledkov modelu"

Pri realizácii plánu modelového experimentu sa zhromažďujú informácie (výsledky simulácie), ktoré je potrebné analyzovať, aby sa získalo hodnotenie a závery o správaní sa skúmaného objektu. To určuje dva aspekty - výber metód analýzy experimentálnych informácií a použitie vhodných metód na interpretáciu získaných odhadov. Posledne menované je obzvlášť dôležité pre vytvorenie správnych záverov štúdie. V zmysle prvého aspektu sa zvyčajne používajú štatistické metódy - deskriptívne analýzy (výpočet hraničných hodnôt parametrov, matematického očakávania, rozptylu a základnej chyby; určenie stratifikácie pre vybraný faktor; výpočet histogram atď.); korelačná analýza (určenie úrovne vzťahu faktorov); regresná analýza (štúdium kauzálneho vzťahu v skupine faktorov); analýza rozptylu (na stanovenie relatívneho vplyvu určitých faktorov na základe experimentálnych výsledkov).

Výsledky analýzy modelových dát je možné prezentovať v numerickej alebo tabuľkovej forme pomocou grafických závislostí, diagramov, histogramov atď. Pre výber vhodných grafických prostriedkov je nevyhnutná použitá metóda analýzy, ako aj subjektívne schopnosti experimentátora pre formátovanie. výsledky experimentu.

Záver

Hlavným cieľom organizovania každého modelového experimentu je implementácia efektívneho modelovania. Je to spojené so strojovým časom - značné množstvo spracovania v modeli zvyšuje náklady na modelovanie a znižuje efektivitu. Rýchla validácia modelu a konvergencia sú nevyhnutné pre efektívnosť štúdie. Pre každý reálny systém je často potrebné vytvoriť veľa rôznych modelov, líšiacich sa spôsobom dekompozície a úrovňou detailovania, spôsobom modelovania, nástrojmi na implementáciu softvéru atď. V procese výberu najlepšej možnosti je nedostatočné len posúdenie presnosti a primeranosti. Z mnohých konvergujúcich modelov si musíte vybrať najefektívnejšiu možnosť, ktorá strávi minimálny čas implementáciou.

Jazyk implementácie softvéru, ako aj úplnosť formálneho systému abstraktnej reprezentácie konceptuálneho modelu, jednoduchosť popisných pojmov, vypracovanie optimálneho plánu a pod. sú nevyhnutné pre dosiahnutie dostatočnej efektívnosti modelu. Použitie univerzálnych softvérových systémov sa líši absenciou špecifických jazykových operátorov, a preto sú vhodné predovšetkým na analytické modelovanie. Pre implementáciu simulačných modelov je výhodné využiť špecializované jazykové prostredia.

Bibliografia

[Bruehl 2002] Bruehl A. SPSS: Umenie spracovania informácií. Analýza štatistických údajov. Petrohrad: DiaSoft, 2002, - 608 s.

[Romanski, 2001] Romanski R. Matematické modelovanie a výskum stochastických časových charakteristík procesov spracovania počítačových dát // Informačné technológie. - Moskva, Rusko, 2001, č. 2, - S. 51 - 55.

Arons H., van Asperen E. Počítačová asistencia pri definícii modelu // Proceedings of the 32nd Winter Simulation Conference. Florida, USA, december 2000. S. 399-408.

Benveniste A., Fabre E., Haar St. Markovove siete: pravdepodobnostné modely pre distribuované a súbežné systémy // IEEE Transactions on Automatic Control. November 2003, roč. 48, č. 11. - S. 1936-1950.

Butler J.E., Brockman J. B. Webový vzdelávací nástroj, ktorý simuluje jednoduchú počítačovú architektúru // Bulletin ACM SIGCSE. Jún 2001, roč. 33, č. 2. - S. 47-50.

Crosbie R. E. Modelové kurikulum v modelovaní a simulácii: Potrebujeme to? Dokážeme to? // Zborník referátov z 32. zimnej simulačnej konferencie. December 2000. -P. 1666-1668.

Fabre E., Pigourier V. Monitorovanie distribuovaných systémov s distribuovanými algoritmami // Zborník zo 41. konferencie IEEE o rozhodovaní a riadení. - zv. 1.10-13. december 2002 - S. 411-416.

Ibbett R.N. WWW Vizualizácia simulácií počítačovej architektúry // Procedings of the 7th Annual Conf. o inováciách a technológiách vo vzdelávaní informatiky. Jún 2002. S. 247.

Lilja D.J. Porovnanie vyučovacích metód pre analýzu výkonnosti počítačových systémov // IEEE Trans. o vzdelávaní. Február 2001, roč. 44, č. 1, - str. 35-40.

Music G., Zupancic B., Matko D. Petri sieťové modelovanie a návrh supervízneho riadenia v Matlabe // Zborník z konferencie IEEE EUROCON 2003 "Počítače ako nástroj". - zv. 1.22-24.9. 2003. - Slovinsko. - S. 362-366.

Pandey S., Ramamritham K., Chakrabarti S. Monitorovanie dynamického webu s cieľom reagovať na neustále otázky // Zborník z 12. medzinárodnej konferencie o World Wide Web. Maďarsko, máj 2003, s. 659-668.

Pockec P., Mardini W. Modelovanie s frontami: empirická štúdia // Zborník z kanadskej konferencie o elektrotechnike a počítačovom inžinierstve. - zv. 1. 13. - 16. máj 2001. - S. 685-689.

Romansky R. a kol. Organizácia informačnej siete InfoNet pre distribuovaný e-Learning // Zborník z 3. medzinárodnej konferencie o počítačových systémoch a technológiách (e-Learning). 20. - 21. jún 2002. Sofia, Bulharsko. - P. IV.4-1 - IV.4-6.

Sargent R.G. Verifikácia a validácia simulačných modelov // Zborník zo Zimnej simulačnej konferencie 2003. - zv. 1. 7.-10. decembra 2003. - S. 27.-48.

Stahl, I. GPSS: 40 years of development // Proceedings of the 33th Winter Simulation Conference. December 2001. - S. 577-585.

Ye D, Xiaofer Xu, Yuliu Chen. Integrovaná metodika modelovania pre virtuálne podniky // Zborník príspevkov z 10. konferencie o počítačoch, komunikáciách, riadení a energetike. - zv. 3. október 2002. - S. 1603-1606.

Výučba počítačového modelovania v školskom kurze informatiky

V našej výskumnej práci predpokladáme, že z hľadiska rozvoja tvorivých schopností žiakov je najefektívnejší materiál týkajúci sa informačného modelovania. Pred testovaním tejto hypotézy sa zamyslime nad miestom a významom počítačového modelovania, cieľmi a cieľmi vyučovania počítačového modelovania a pojmami formovanými vo vyučovaní modelovania.

Miesto a význam počítačového modelovania v školskom kurze informatiky

V povinnom minime obsahu vzdelávania v informatike je línia „Modelovanie a formalizácia“, ktorá je spolu s líniou informácií a informačných procesov teoretickým základom základného kurzu informatiky.

Téma modelovania by sa nemala považovať za čisto teoretickú a nezávislú od všetkých ostatných tém. Väčšina sekcií základného kurzu priamo súvisí s modelovaním, vrátane tém súvisiacich s technologickou líniou kurzu. Za nástroje na prácu s informačnými modelmi treba považovať textové a grafické editory, DBMS, tabuľkové procesory, počítačové prezentácie. Algoritmizácia a programovanie tiež priamo súvisia s modelovaním. V dôsledku toho je modelovacia línia prierezová pre mnohé časti základného kurzu.

Podľa Beshenkov S.A. a ďalšie témy „Informácie a informačné procesy“ a „Formalizácia a modelovanie“ sú kľúčové témy v kurze informatiky. Tieto témy spájajú také tradičné témy kurzov ako „Algoritmy a vykonávatelia“, „Informačné technológie“ atď. do jedného celku.

Tvorcovia autorských kurzov „Informatika v hrách a úlohách“ a „Informatika-plus“ sa domnievajú, že hlavnou úlohou školského kurzu informatiky je formovanie a rozvoj schopnosti analyzovať a budovať informačno-logické modely.

Bojaršinov M.G. považuje za účelné v rámci predmetu informatika zaviesť kurz počítačového modelovania, ktorého účelom bude oboznámiť študentov s metódami riešenia problémov fyziky, chémie, matematiky, ekonómie, ekológie, medicíny, sociológie, humanitných odborov, dizajnu. a technologické problémy s využitím modernej výpočtovej techniky.

A. A. Kuznecov, S. A. Bešenkov, E. A. Rakitina domnievajú sa, že hlavnými zložkami kurzu informatiky, ktoré mu dávajú systémový charakter, sú „Informačné procesy“, „Informačné modely“, „Informačné základy manažmentu“. Riešenie problému vždy začína modelovaním: zostavením alebo výberom niekoľkých modelov: model obsahu problému (formalizácia podmienok), model objektu zvolený ako pracovný na riešenie tohto špecifického problému, model (metóda) riešenia a model postupu riešenia problému.

Štúdium informačných procesov, ako každý fenomén vonkajšieho sveta vo všeobecnosti, je teda založené na metodológii modelovania. Špecifikom informatiky je, že využíva nielen matematické modely, ale aj modely všetkých druhov foriem a typov (text, tabuľka, obrázok, algoritmus, program) - informačné modely. Koncept informačného modelu dáva kurzu informatiky široké spektrum medzipredmetových prepojení, ktorej formovanie je jednou z hlavných úloh tohto predmetu na základnej škole. Samotná činnosť budovania informačného modelu – informačné modelovanie je zovšeobecnený typ činnosti, ktorý charakterizuje informačnú vedu.

Jednou z účinných metód poznávania okolitej reality je metóda modelovania, ktorá je výkonným analytickým nástrojom, ktorý pohltil celý arzenál najnovších informačných technológií.

Zovšeobecňujúci charakter pojmu „informačné modelovanie“ je daný tým, že pri práci s informáciami sa vždy buď zaoberáme hotovými informačnými modelmi (vystupujeme ako ich pozorovateľ), alebo informačné modely vyvíjame.

Informačné modelovanie nie je len predmetom štúdia informatiky, ale aj najdôležitejším spôsobom kognitívnej, vzdelávacej a praktickej činnosti. Možno ho vnímať aj ako metódu vedeckého výskumu a ako samostatnú činnosť.

I. I. Zubko informačné modelovanie definuje ako „novú všeobecnú vedeckú metódu poznávania objektov okolitej reality (reálnej a ideálnej), zameranú na využitie počítača“. Na modelovanie sa na jednej strane pozerá ako na spôsob poznania a na druhej ako obsah, ktorý si študenti musia osvojiť. Autor sa domnieva, že najefektívnejšia výučba informačného modelovania je možná, ak sa v praxi implementuje projektová metóda, ktorá rôznymi spôsobmi integruje výskum, samostatnú a tvorivú prácu.

Galygina I.V. domnieva sa, že školenie v oblasti informačného modelovania sa odporúča vykonávať na základe týchto prístupov:

model, v súlade s ktorým sa modelovanie považuje za nástroj poznania, predmet štúdia a prostriedok výučby;

objekt, čo znamená výber a analýzu rôznych typov objektov: objekt štúdia, informačný model ako nový objekt, objekty modelovacieho jazyka použitého na zostavenie modelu.

Informačné modelovanie v pedagogike možno posudzovať v troch aspektoch:

kognitívny nástroj, keďže v procese budovania a skúmania modelu dochádza k získavaniu nových poznatkov o reálnom objekte zodpovedajúcemu informačnému modelu, objekty modelovacieho jazyka používaného na popis tohto modelu;

učebný nástroj, keďže proces učenia je vo väčšine prípadov spojený s prevádzkou informačných modelov študovaného objektu, ako je slovný popis, grafický obrázok,

vzorec reprezentácie zákonitostí atď .;

predmet štúdia, keďže informačný model možno považovať za nezávislý informačný objekt so svojimi inherentnými vlastnosťami, vlastnosťami, charakteristikami.

Hlavným rozdielom medzi týmito aspektmi z pohľadu študenta je, že v prvom prípade si študent v procese kognitívnej činnosti sám zostavuje model skúmaného objektu na základe vlastných skúseností, vedomostí a asociácií. V druhom prípade je študentovi poskytnutý model študovaného objektu, vypracovaný učiteľom, autorom učebnice alebo tvorcom vedeckej teórie. V druhom prípade je skúmaným objektom súbor modelov.

Zaradenie do obsahovej línie „Modelovanie a formalizácia“ základného kurzu informatiky modulu „Informačné modelovanie“ vytvorí pevný základ pre:

vedomé využívanie informačných modelov vo vzdelávacích aktivitách;

oboznámenie študentov s metodikou vedeckovýskumnej činnosti;

následné hĺbkové štúdium informačného modelovania v špecializovaných kurzoch informatiky.

Titova Yu.F. domnieva sa, že najdôležitejšou vzdelávacou funkciou je rozvoj tvorivého potenciálu žiakov. Zážitok z tvorivej činnosti sa formuje riešením problémových úloh rôznych smerov a najmä výskumnou činnosťou. Modelovanie je jedným z najdôležitejších nástrojov výskumu. Autor vypracoval metodiku výučby modelovania v základnom kurze informatiky, ktorý kombinuje teoretický materiál, ktorý je založený na formalizovanom prístupe k vývoju a štúdiu modelov, a súbor výskumných úloh, ktoré integrujú poznatky z rôznych vzdelávacích oblastí. Autor verí, že použitie tejto techniky zabezpečí u študentov rozvoj širokého spektra intelektuálnych zručností, akými sú abstrakcia a konkretizácia, zovšeobecňovanie, klasifikácia, analýza a chápanie výsledkov ich konania.