Методика обучения информационному моделированию в основной школе

Размещено на http://www.allbest.ru/

Дипломная работа

По теме: "Методика обучения информационному моделированию в основной школе"

Оглавление

информационный моделирование обучение преподавание

Введение

ГЛАВА 1. Теоретические аспекты преподавания информационного моделирования в школьном курсе информатики

§1.1 Психолого - педагогические особенности обучения учащихся основной школы

§1.2 Место информационного моделирования в общеобразовательном курсе информатики

§1.3 Анализ существующих подходов к обучению моделированию и формализации в курсе информатики

§1.4 Сравнение терминологий в определении понятий модель и моделирование у различных авторов учебников

§1.5 Обзор существующих классификаций моделей и моделирования в учебной литературе

ГЛАВА 2. Методика преподавания информационного моделирования в основной школе

§2.1Планирование содержания и определение основных понятий информационного моделирования в основной школе

§2.2 Разработка системы заданий по обучению информационному моделированию

§ 2.3 Проверка эффективности разработанной методики

Заключение

Библиография

Приложение 1

Приложение 2

Введение

Информатика - одно из величайших достижений 20-го века. Возникшая в середине века, она развивалась с необычайной скоростью и к концу века дала людям такие могучие средства обработки и передачи информации, которые позволяют с полным основанием говорить о новой научно-технической революции, в том числе и в сфере образования.

Информатика - фундаментальная научная дисциплина. Объектом изучения информатики является система принципов и способов организации информационных процессов и технологий на базе компьютерных информационных систем, т.е. информатика изучает то общее, что свойственно всем многочисленным разновидностям конкретных информационных процессов. Предметом изучения информатики являются общие принципы построения информационных моделей. Само построение и обоснование информационной модели - это задача частной науки.

Информатика-это наука о закономерностях протекания информационных процессов в системах различной природы, о методах, средствах и технологиях автоматизации информационных процессов, о закономерностях создания и функционирования информационных систем.

Приоритетными объектами изучения в курсе информатики и информационных технологий основной школы являются информационные процессы и информационные технологии.

Приоритетными объектами изучения информатики в старшей школе являются информационные системы, преимущественно автоматизированные информационные системы, связанные с информационными процессами, и информационные технологии, рассматриваемые с позиций системного подхода.

Понятие "информационной модели" является одним из основных понятий в информационной деятельности. При работе с информацией мы всегда имеем дело либо с готовыми информационными моделями (выступаем в роли их наблюдателя), либо разрабатываем информационные модели.

Важно подчеркнуть деятелъностный характер процесса моделирования. Информационное моделирование является не только объектом изучения в информатике, но и важнейшим способом познавательной, учебной и практической деятельности. Его также можно рассматривать как метод научного исследования и как самостоятельный вид деятельности.

В данной работе исследуется методика обучения информационному моделированию в основной школе, определяется место изучения, последовательность изучения материала и объемы основных понятий для учащихся основной школы.

Предмет исследования - методика преподавания информатики в общеобразовательной школе.

Объект исследования - методика обучения информационному моделированию в основной школе.

Цель исследования - определение содержания и методики обучения информационному моделированию в основной школе.

Задачи:

· Анализ документов, регламентирующих изучение информатики в школе с целью определения структуры современного курса информатики;

· Анализ учебно-методической литературы по предмету;

· Планирование содержания обучения и определение методики обучения информационному моделированию

· Апробация выделенного содержания и методики преподавания основных понятий информационного моделирования в основной школе;

Гипотеза заключается в том, что разработанная методика обучения информационному моделированию может способствовать повышению качества обучения информатике.

Курс информатики в наибольшей степени способствует приведению в систему знаний учащихся о моделях и осознанному применению информационного моделирования в своей учебной, а затем и практической деятельности.

Построение моделей на уроках математики, физики, химии, биологии и пр. должно быть подкреплено изучением на уроках информатики вопросов, связанных с этапами построения модели, анализом ее свойств, проверкой адекватности модели объекту и цели моделирования, выяснением влияния выбора языка моделирования на то, какую информацию об объекте мы можем получить, изучая его модель, и т.п. Целенаправленное знакомство с данными вопросами необходимо начинать уже в основной школе, поскольку именно в среднем звене школы начинается активное применение информационных моделей как средства обучения и инструмента познания практически на всех предметах.

Важность включения темы информационное моделирование в курс информатики обусловлена несколькими факторами. Главные факторы связаны с ролью, которую моделирование играет:

® как метод научного познания в современной науке и, в частности, в информатике;

® как средство обучения;

® как способ представления информации в виде текста (в широком толковании термина "текст", принятого в современной науке);

® как основной элемент информационной и алгоритмической деятельности специалистов.

В педагогике моделирование должно рассматриваться в трех аспектах:

* как средство обучения, поскольку большая часть учебной информации поступает к учащемуся в виде учебных моделей самого разнообразного вида словесное описание, таблицы, графики, макеты, муляжи, схемы, формулы и пр. Отличительной особенностью этого аспекта является то, что модели, разработанные учителем, автором учебника, создателем научной теории и пр., предоставляются ученику в готовом виде. Основная задача учащегося -- воспринять эту модель и "встроить" ее (желательно в неизменном виде) в свою систему знаний. Роль ученика сводится к роли "приемника" информации;

как инструмент познания, поскольку любая познавательная деятельность связана с построением внутренних представлений объекта изучения. По сути, эти представления носят характер информационных моделей. Отличительная особенность этого аспекта заключается в том, что ученик выступает в роли создателя, разработчика моделей, которые в силу этого отражают личностные факторы, особенности ассоциативного мышления обучаемого, его опыт, мотивы и предпочтения. Основная проблема дидактики связана с тем, что модели, которые обучаемый выстраивает сам, далеко не всегда совпадают с теми, которые ему предлагаются учителем или автором учебника. Именно поэтому сегодня так много говорится о важности формирования умения адекватного восприятия текстов;

как объект изучения, поскольку любая модель может рассматриваться как новый конструктивный объект, обладающий своими свойствами и характеристиками. Для разных моделей можно выделить их инвариантные свойства, особенности, накладываемые выбранным способом представления объекта моделирования, и пр. Все это может выступать объектом изучения [6].

В преподавании информатики моделирование должно рассматриваться и использоваться во всех названных аспектах, поскольку одна из задач информатики - научить детей работать с информацией, но это невозможно сделать, не научив их "работать" с информационными моделями.

Однако, на сегодняшний момент, в большинстве программ по информатике для базового курса такой аспект моделирования как объект изучения представлен в недостаточной степени. В имеющихся сегодня учебниках информатики моделирование рассматривается преимущественно как средство обучения.

Поэтому в своей работе мы будем рассматривать моделирование и информационное моделирование как объект изучения в базовом курсе информатики общеобразовательной школы.

Мы считаем, что рассматриваемая проблема актуальна, т.к. моделирование как объект изучения остается одним из наиболее сложных аспектов, как для обучаемых, так и для учителей, и любое развитие методической мысли в этом направлении будет иметь ценность.

ГЛАВА 1. Теоретические аспекты преподавания информационного моделирования в школьном курсе информатики

§1.1 Психолого - педагогические особенности обучения учащихся основной школы

Переход от детства к взрослости составляет основное содержание и специфическое отличие всех сторон развития подростка в этот период: физического, умственного, нравственного, социального. Важность подросткового возраста определяется и тем, что в нем закладываются основы и намечаются общие направления формирования моральных и социальных установок личности[10].

Психологические особенности подросткового возраста получили название "подросткового комплекса", который включает в себя:

- чувствительность к оценке посторонних своей внешности в сочетании с крайней самонадеянностью и безаппеляционными суждениями в отношении окружающих;

- внимательность, которая порой уживается с поразительной черствостью;

- болезненную застенчивость в сочетании с развязностью, желанием быть признанным и оцененным другими, - с показной независимостью;

- борьбу с авторитетами, общепринятыми правилами и распространенными идеалами - с обожествлением случайных кумиров, а чувственное фантазирование с сухим мудрствованием.

Характерной чертой этого возраста является пытливость ума, стремление к познанию, подросток жадно стремиться овладеть как можно большим количеством знаний, при этом не обращая должного внимания на их систематичность. Подростки направляют умственную деятельность на ту сферу, которая больше всего их увлекает. Этот возраст характеризуется эмоциональной неустойчивостью и резкими колебаниями настроения (от экзальтации до депрессии). Наиболее аффективные бурные реакции возникают при попытке ущемить самолюбие.

Важным этапом социально-физиологического созревания старшеклассников является процесс формирования самосознания. В его основе лежит способность человека отличать себя от своей жизнедеятельности, осознанное отношение к своим потребностям и способностям, влечениям, переживаниям и мыслям [8].

Подросток стремится к самостоятельности, но в проблемных жизненных ситуациях он старается не брать на себя ответственность за принимаемые решения, и ждет помощи со стороны взрослых [19].

Ведущей деятельностью в этом возрасте является коммуникативность. Суть "подросткового комплекса" составляют свои, свойственные этому возрасту и определенным психологическим особенностям поведенческие модели, специфические подростковые поведенческие реакции на воздействия окружающей среды [8].

Психологически переходный возраст очень противоречив, для него характерны диспропорции уровней и темпов развития. Подростковое "чувство взрослости" главным образом новый уровень притязаний, предвосхищяющий положение, которого подросток фактически не достиг. Для подростка очень важно, чтобы его взрослость была замечена окружающими, чтобы форма его поведения не была детской. Ценность работы для подростка определяется ее взрослостью, а возникающие представления о нормах поведения провоцируют на обсуждение поведения взрослых, обычно весьма не лицеприятно, отсюда и типичные возрастные конфликты [8].

Параллельно физиологическим и социальным изменениям происходит также изменение познавательных (когнитивных) способностей подростков. Когнитивные изменения в отрочестве--юности характеризуются развитием мышления на уровне формальных операций. Этот тип мышления необходим для абстрактного мышления, не привязанного к существующим в данный момент конкретным условиям внешней среды. Вследствие роста метапознавательных умений, таких как текущий самоконтроль и саморегуляция, подростки могут размышлять о своих собственных мыслительных процессах и о мышлении других людей. Сторонники информационного подхода к развитию также утверждают, что подростки приобретают метапознавательные умения, которые, в свою очередь, влияют на эффективность их познавательных стратегий и развитие коммуникативных способностей [19].

Мышление на уровне формальных операций требует способности формулировать, проверять и оценивать гипотезы. Оно предполагает манипулирование не только известными элементами, которые можно проверить, но также вещами, противоречащими фактам (Например: "Давайте предположим, просто ради обсуждения, что...") [8].

Существенными свойствами подросткового мышления являются следующие черты [8]:

1) способность учитывать все комбинации переменных при поиске решения проблемы;

2) способность предполагать, какое влияние одна переменная окажет на другую.

3) способность объединять и разделять переменные гипотетико-дедуктивным образом (Если есть X, то произойдет Y).

Этот возраст также представляет собой особый интерес в связи с тем, что для большинства подростков еще не наступил момент самоопределения; не встала еще остро проблема дальнейшего выбора - либо получать среднее образование в школе и ориентироваться в далеком будущем на высшее учебное заведение, либо совмещать образование с получением профессии в средних специальных учреждениях, таких как колледжи, техникумы и пр.

Подросток выступает в качестве субъекта учебной деятельности, которая прежде всего определяется через два типа мотивов: мотивация достижения и познавательная мотивация. Последняя является основой учебно-познавательной деятельности. Она возникает в проблемной ситуации и развивается при правильном взаимодействии отношении учащихся и преподавателей.

§1.2 Место информационного моделирования в общеобразовательном курсе информатики

Модель и моделирование с начала становления информатики как учебной дисциплины были одним из основных ее понятий, но их роль и содержательное наполнение с течением времени менялось очень существенно.

Роль моделирования как метода исследования возрастала в связи с увеличением доли абстрактного во всех областях науки.

В первых учебниках информатики и учебных пособиях роль моделей чаще всего сводилась к рассмотрению математических моделей и моделирования как одного из этапов решения задачи на ЭВМ - как этап, предшествующий построению алгоритма. Термины "модель", "моделирование" употреблялись как очевидные, без какого-либо пояснения.

С 90-х г. информатика включена в учебные планы основной школы для 8-9 классов. Тема "Моделирование" нашла отражение в курсе информатики А.Г. Гейна, Е.В. Линецкого и др. В нем не просто использовались модели, но и строились разные модели решения одной и той же задачи, которые сравнивались между собой. Но моделирование не выходило за рамки решения задач на компьютере и построения алгоритма, как самостоятельный объект изучения оно практически не рассматривалось.

А.В. Горячев и А.С. Лесневский выделили 2 основные линии курса информатики [15]:

линию информационно-логических моделей

линию информационных технологий

С середины 90-х годов тема "Моделирование и формализация" начала определяться как одна из основных в курсе информатики. Ее назначение - выступать связующим компонентом между теоретической и прикладной компонентами обучения. Такой подход нашел отражение в Концепции содержания и структуры обучения информатике в 12 летней школе. В ней, в частности, подчеркивается, что одной из основных общедидактических задач, стоящих перед курсом информатики, является формирование у обучающихся навыков формализации и информационного моделирования [22].

Согласно Концепции обучение информатике в общеобразовательной школе делится на 3 этапа, включающих следующие курсы:

Пропедевтический (1-6 кл.)

Базовый (7-10 кл.)

Профильный (11-12 кл.)

В настоящее время разрабатывается программа для каждой ступени обучения, но моделирование в том или ином виде присутствует во всех существующих программах.

Безусловно, на разных ступенях школы изучение вопросов моделирования должно строится по-разному как в содержательном, так и в методическом планах.

В начальной школе изучение моделирования может проходить через включение отдельных вопросов в разные темы, т.к. цель данного этапа -первоначальное знакомство учащихся с основными понятиями курса.

Базовый курс информатики предусматривает изучение основных вопросов базовой дисциплины информатики и направлено на достижение следующих целей:

освоение системы базовых знаний, отражающих вклад информатики в формирование современной научной картины мира, роль информационных процессов в обществе, биологических и технических системах;

овладение умениями применять, анализировать, преобразовывать информационные модели реальных объектов и процессов, используя при этом информационные и коммуникационные технологии (ИКТ), в том числе при изучении других школьных дисциплин;

развитие познавательных интересов, интеллектуальных и творческих способностей путем освоения и использования методов информатики и средств ИКТ при изучении различных учебных предметов;

воспитание ответственного отношения к соблюдению эстетических и правовых норм информационной деятельности;

приобретение опыта использования информационных технологий в индивидуальной и коллективной учебной и познавательной деятельности, в том числе проектной деятельности.

С другой стороны, базовый курс призван заложить основу, как для последующего развития информатики, так и для успешной работы с различными информационными моделями на других учебных предметах.

В существующем обязательном минимуме содержания образования вопросы, относящиеся к моделированию сведены в содержательную линию "Моделирование и формализация". Она определена следующим перечнем понятий: моделирование как метод познания, формализация, материальные и информационные модели, информационное моделирование, основные типы информационных моделей [22]

Дальнейшее развитие содержания стандарта общего(среднего) образования по информатике и информационным технологиям приводит к формированию нового обязательного минимума содержания образования и формированию новых содержательных линий.

Содержательные линии базового уровня информатики и информационных технологий включает в себя:

1. Информация и информационные процессы.

Информационные модели и системы.

Компьютер как средство автоматизации информационных процессов.

средства и технологии создания и преобразования информационных объектов.

Средства и технологии обмена информацией с помощью компьютерных сетей (сетевые технологии).

Основы социальной информатики.

Требования к уровню подготовки выпускников, в результате изучения информатики и информационных технологий на базовом уровне. Ученик должен Знать/понимать

основные технологии создания, редактирования, оформления, сохранения, передачи информационных объектов различного типа с помощью современных программных средств информационных и коммуникационных технологий;

назначение и виды информационных моделей, описывающих реальные объекты и процессы;

назначение и функции операционных систем;

Уметь

оперировать различными видами информационных объектов, в том числе с помощью компьютера, соотносить полученные результаты с реальными объектами;

распознавать и описывать информационные процессы в социальных, биологических и технических системах;

использовать готовые информационные модели, оценивать их соответствие реальному объекту и целям моделирования;

оценивать достоверность информации, сопоставляя различные источники;

иллюстрировать учебные работы с использованием средств информационных технологий;

создавать информационные объекты сложной структуры, в том числе гипертекстовые документы;

просматривать, создавать, редактировать, сохранять записи в базах данных, получать необходимую информацию по запросу пользователя;

наглядно представлять числовые показатели и динамику их изменения с помощью программ деловой графики;

соблюдать правила техники безопасности и гигиенические рекомендации при использовании средств ИКТ;

Использовать приобретенные знания и умения в практической деятельности и повседневной жизни для:

эффективного применения информационных образовательных ресурсов в учебной деятельности, в том числе самообразовании;

ориентации в информационном пространстве, работы с распространенными автоматизированными информационными системами;

автоматизации коммуникационной деятельности;

соблюдения этических и правовых норм при работе с информацией;

эффективной организации индивидуального информационного пространства.

§1.3 Анализ существующих подходов к обучению моделированию и формализации в курсе информатики

В курсе информатики для младших школьников "Роботландия", предложенном А.А. Дувановым, Я.Н. Зайдельманом, Ю.А. Первиным, М.А. Гольцманом, рассматривается 12 тем. Одной из целей данного курса является умение формализовать задачу, выделять в ней логически самостоятельные части, определять взаимосвязи этих частей, проектировать решение.[28]

Экспериментальный курс "Информационная культура" (1-11 классы) Ю.А. Первина предусматривает изучение линии моделирования в 10 классе. Она представлена следующими понятиями: понятие информационной модели, простейшая модель и ее расширения, конкурирующие расширения модели кинозала, окончательная модель кинозала, информационная модель транспортной сети

Наиболее полно содержательная вопросы линии "Моделирование и формализация" представлена в программе пропедевтического курса информатики (1-6 класс) А.В. Горячева, А.С. Лесневского и охватывает следующие вопросы [15]:

логические модели (11ч);

приемы построения и описания моделей (8 ч);

группы объектов, объекты и классы (24 ч);

модели в информатике (32 ч).

С.К. Ландо, А.Л. Семенов разработали программу для пропедевтического курса информатики (5-7 класс), в которой знакомство учащихся с вопросами моделирования происходит при изучении исполнителей (робота, чертежника, черепахи, водолея и др.). Однако понятия "модель" и "моделирование" в явном виде не употребляются.

В программе базового курса информатики А.А. Кузнецова, Л.Е.Самовольновой, Н.Д. Угриновича [29] на тему "Формализация и моделирование" отводится 8 часов. Основными понятиями этой темы являются:

моделирование, формализация, информационная модель, информационная технология решения задач, компьютерный эксперимент. Причем акцент делается на информационную технологию решения задач на компьютере, включающей постановку задачи, построение модели, разработку алгоритма и программы, отладку и исполнение программы, анализ результатов.

А.Г. Гейн выделяет 4 линии базового курса информатики:

алгоритмизация (7 класс);

объектно-ориентированный подход к информационному моделированию (6-8 классы);

логический подход к информационному моделированию (8-9 классы);

системы компьютерного моделирования (9 класс).

Линия моделирования представлена отдельными видами моделей, а именно "черными ящиками" (6-8 классы), математическими моделями (8-9 класс), которые рассматриваются как модели задач, решаемых на компьютере.

Курс А.Г. Гейна, А.И. Сенокосова [7] рассчитан на изучение в 7-9 классах общеобразовательных учреждений. Линия моделирования представлена компьютерным моделированием, при изучении которого рассматриваются понятия "модель задачи", "компьютерная модель задачи", "адекватность модели", "компьютерный эксперимент".

В курсе А.Г. Кушниренко, Г.В. Лебедева, Я.Н. Зайдельмана, [22] предназначенного для изучения в 7-9 классах общеобразовательных учреждений присутствует раздел "Основы информационного моделирования". Моделирование начинается с выделения существенной информации об объекте и представления этой информации значениями некоторого набора алгоритмических величин. Конечным результатом процесса информационного моделирования является получение набора величин и алгоритмов, полностью описывающих моделируемые действия и объекты.

Основная цель курса информатики Н.В. Макаровой [13], рассчитанного на изучение в 5-11 классах, ориентация на формирование информационной культуры школьника, развитие его логического мышления, творческого и познавательного потенциала. Курс построен на основе интеграции идей информационного и системного подходов (объектно-информационный подход к изучению информатики). Обучение школьников системному подходу к осмыслению событий и явлений окружающего мира осуществляется в процессе анализа структуры информационных объектов и их взаимосвязей, которые являются моделями реальных объектов и процессов, при освоении технологии работы в различных программных средах. Этот подход нашел отражение в соответствующих учебниках информатики.

Таким образом, несмотря на существование различных программ для изучения вопросов моделирования в базовом курсе информатики, можно выделить общий для большинства из них подход, а именно использование информационного моделирования как средства обучения с акцентом на построение алгоритмов и их исследованием на компьютере.

Разработанный Е.К. Хеннером, А.П. Шестаковым курс "Математическое моделирование" ориентирован в основном на школы физико-математического профиля. В курсе рассматриваются следующие вопросы: "Математический аппарат моделирования", "Моделирование физических процессов", "Математическое моделирование в экологии", "Линейное программирование", "Моделирование случайных процессов в системах массового обслуживания". Курс снабжен пакетом диалоговых моделирующих программ, реализующих большую часть задач.

Курс "Основы информационного моделирования" В.К. Белошапки, А.С.Лесневского рассчитан на учащихся, владеющих основами компьютерной грамотности. Теоретическим ядром курса является изучение основ системно-информационного языка описания формальных моделей. Специфика метода информационного моделирования (по отношению к конкретному типу моделей) раскрывается на примерах моделирования в различных предметных областях. В курсе рассматриваются классификационные модели, динамические модели и логико-лингвистические модели.

Курс информатики, разработанный С.А. Бешенковым, Е.А. Ракитиной [3], рассматривает следующие вопросы информационного моделирования:

Информационное моделирование как метод познания.

Назначение моделей. Объект, субъект и цели моделирования.

Формы представления моделей.

Гипертекст как информационная модель.

Формализация как важнейший этап моделирования.

Количественные и качественные оценки моделей. Адекватность модели объекту и цели моделирования. Модели мировоззрения.

Компьютерное моделирование и его виды.

Алгоритм как информационная модель.

Модель процесса управления.

Основные методы научных исследований в информатике системно информационный анализ, информационное моделирование, компьютерный эксперимент.

В этом курсе моделирование достаточно полно представлено во всех трех аспектах: и как объект изучения, и как средство обучения, и как инструмент познания.

Обобщая вышеизложенное, можно сделать вывод о том, что вопросы обучения моделированию рассматриваются на всех ступенях обучения информатике.

В базовом курсе информатики акцент делается или на компьютерном моделировании (этапы решения задачи на компьютере), или на работе в специально разработанной моделирующей среде. Теоретические вопросы моделирования рассматриваются в основном в 10-11 классах, где среди множества моделей выделяется, как правило, не более трех видов, то есть моделирование как объект изучается только в курсе информатики для старших классов.

На всех ступенях обучения приоритет отдается моделированию как средству обучения, что вполне объяснимо, учитывая, что само обучение, по сути, представляет собой информационный процесс. Как инструмент познания информационное моделирование отражается в существующих курсах информатики в меньшей степени. В основном это связано с рассмотрением моделирования как метода научного исследования при решении задач на компьютере. Наименьшее значение придается моделированию как объекту изучения. В основном этот аспект сводится к введению понятий "модель" и "моделирование", рассмотрению моделей разных видов. О модели как новом объекте говорится в ряде учебных пособий, но в основном на уровне декларативных заявлений. Крайне мало уделяется внимание свойствам моделей и свойствам объектов языка моделирования. Вряд ли сложившееся положение можно считать удовлетворительным.

Однако уже в среднем звене следует рассматривать теоретические аспекты информационного моделирования. Тем более что возраст от двенадцати до четырнадцати лет считается сензитивным периодом (возрастной период, когда условия развития тех или иных качеств наиболее оптимально) для развития навыков исследовательской деятельности, формализации и моделирования.

Учащиеся среднего звена уже обладают достаточно сформированным уровнем понятийного мышления, так что в содержание базового курса информатики можно включать теоретические вопросы, связанные с изучением информационного моделирования как объекта.

Учитывая, что:

моделирование в курсе информатики выступает как объект изучения, инструмент познания и средство обучения;

подростковый возраст является наиболее сензитивным для изучения абстрактных объектов;

в учебном плане основной школы появляется ряд новых предметов, в большинстве из которых используются информационные модели (формулы, графики, схемы, таблицы и др.) для описания закономерностей данной предметной области, но в базовом курсе информатики они практически не рассматриваются;

учащиеся обладают достаточным объемом знаний и могут осознанно применять моделирование для решения задач из разных предметных областей;

* появилось новое мощное средство построения и исследования моделей -компьютер, все шире используемый не только на уроках информатики, но и других школьных дисциплинах.

Целесообразно расширить сферу моделирования в содержании базового курса информатики и построить процесс обучения таким образом, чтобы школьники учились различать и умели анализировать исследуемый реальный объект, модель как новый информационный объект. То есть важно сформировать у них широкий взгляд на объект и широкий взгляд на модель.

§1.4 Сравнение терминологий в определении понятий модель и моделирование у различных авторов учебников

Авторы современных учебников по-разному подходят к рассмотрению данной линии, и предлагают различные варианты в определении понятий "модель" и "моделирование". Так, можно увидеть следующие определения данных понятий:

* модель - это некоторое упрощенное подобие реального объекта или процесса (И.Г. Семакин и др.) [31]. Определение моделирования в этом учебнике отсутствует.

С.А. Бешенков и Е.А. Ракитина [3] дают в своем учебнике несколько определений:

модель - некоторое упрощенное подобие реального объекта;

модель - воспроизведение предмета в уменьшенном или увеличенном виде (макет);

модель - схема, изображение или описание какого-либо явления или процесса в природе и обществе;

модель - это физический или информационный аналог объекта, функционирование которого по определенным параметрам подобно функционированию реального объекта;

модель - некий объект-заменитель, который в определенных условиях может заменять объект-оригинал, воспроизводя интересующие нас его свойства и характеристики, причем имеет существенные преимущества или удобства (наглядность, обозримость, доступность испытаний, легкость оперирования с ним и пр.);

модель - новый объект, который отражает некоторые стороны изучаемого объекта или явления, существенные с точки зрения цели моделирования;

модель - новый объект (реальный, информационный или воображаемый), отличный от исходного, который обладает существенными для целей моделирования свойствами и в рамках этих целей полностью заменяет реальный объект;

моделирование - построение моделей реально существующих объектов (предметов, явлений, процессов);

моделирование - замена реального объекта его подходящей копией;

* моделирование - исследование объектов познания на их моделях.

В учебнике Н.В. Макаровой [13]:

модель - аналог (заместитель) оригинала, отражающий некоторые его характеристики;

моделирование - исследование объектов путем построения и изучения их моделей.

Описание цели и этапов моделирования в учебнике Семакина И.Г [31]

Основные цели. Ввести понятие модели. Познакомить с основными типами информационных моделей. Рассмотреть различные варианты использования таблиц для представления информации. В углубленном варианте познакомиться с понятиями "система", "структура", "граф".

Изучаемые вопросы.

· Модели натурные и информационные.

· Типы информационных моделей.

· Графические информационные модели.

· Таблицы типа "объект-свойство" и "объект-объект".

· Двоичные матрицы. а Системы и структуры. d Графы.

· Начала системологии.

Содержание этой линии определено следующим перечнем понятий: "Моделирование как метод познания. Формализация. Материальные и информационные модели. Информационное моделирование. Основные типы информационных моделей". Линия моделирования, наряду с линией информации и информационных процессов является теоретической основой базового курса информатики. Дальнейшее развитие общеобразовательного курса информатики должно быть связано, прежде всего, с углублением этих содержательных линий. Основными проблемами для разработчиков базового курса являются, во-первых, выделение из обширной научной области информационного моделирования тех базовых знаний и понятий, которые должны войти в общеобразовательный школьный предмет; во-вторых -- разработка методики преподавания этих вопросов.

Не следует считать, что тема моделирования носит чисто теоретический характер и автономна от всех других тем. Большинство последующих разделов базового курса имеют прямое отношение к моделированию, в том числе и темы, относящиеся к технологической линии курса. Изучавшиеся ранее текстовые и графические редакторы, программное обеспечение телекоммуникаций можно отнести к средствам, предназначенным для рутинной работы с информацией: позволяющим набрать текст, построить чертеж, передать или принять информацию по сети. Программные средства информационных технологий, которые стоит изучать дальше -- СУБД, табличные процессоры, следует рассматривать как инструменты для работы с информационными моделями. Алгоритмизация и программирование также имеют прямое отношение к моделированию. Следовательно, линия моделирования является сквозной для многих разделов базового курса.

Однако прежде чем перейти к прикладным вопросам моделирования, необходим вводный разговор, обсуждение некоторых общих понятий, в частности тех, которые обозначены в обязательном минимуме. Здесь возникают проблемы как содержательного, так и методического характера, связанные с глубоким научным уровнем понятий, относящихся к этой теме. Методика информационного моделирования связана с вопросами системологии, системного анализа. Степень глубины изучения этих вопросов существенно зависит от уровня подготовленности школьников. В возрасте 14-15 лет дети еще с трудом воспринимают абстрактные, обобщенные понятия. Поэтому раскрытие таких понятий должно опираться на простые, доступные ученикам примеры.

Н.В. Макарова подчеркивает [13], что "для любого объекта может существовать множество моделей, различных по сложности и степени сходства с оригиналом. Разнообразие моделей определяется разнообразием целей, поставленных при их создании. При построении информационной модели сначала следует задаться целью, а затем отобрать необходимую информацию".

Основной акцент обучения информатике ставится на изучении теоретических и практических основ моделирования. Моделирование в данном учебно-методическом комплекте рассматривается и как метод научного познания, и как сфера человеческой деятельности, и как исследовательский и творческий процесс.

Формализация задач производится на основе понятийного аппарата и методов системно-информационной концепции преподавания информатики. Отождествляя моделирование с исследованием объектов путем построения и изучения их моделей, авторы предлагают некий шаблон правил и методов выполнения исследовательской деятельности. Соблюдение рекомендаций, изложенных в методическом пособии, обеспечит ориентировочную основу этой деятельности.

При изложении учебного материала по моделированию учитель проводит не только практические занятия в компьютерных классах, но и теоретические уроки. На теоретических уроках учащиеся знакомятся с формализованным подходом к процессу моделирования в виде обобщенной поэтапной схемы и учатся переходить от словесного описания задачи к ее формализованной форме в виде информационной, а затем -- компьютерной модели.

Практические занятия полностью посвящаются решению задач и проведению исследования компьютерной модели. Темы этого направления формируют у учащихся представление о том, как разрабатывать модель объекта или системы и как проводить исследование на этой модели, используя возможности компьютера.

Часть методического материала посвящена изучению аппаратной части компьютерной сети и технологии работы в глобальной сети Интернет.

В последней части методического пособия приводятся варианты экзаменационных билетов по информатике.

Раздел "Основные этапы моделирования" отражает концепцию и теоретическую основу методики моделирования, предложенную авторами. На теоретических занятиях подробно разбирается каждый этап методики моделирования в процессе рассмотрения многочисленных задач из разных предметных областей. Целью методики обучения моделированию является формирование умения применять рекомендации, отраженные. В основных этапах моделирования, для решения практических задач в прикладных программных средах. Особое внимание уделяется компьютерному эксперименту как основе исследования на компьютере, а также выработке окончательного решения по результатам моделирования.

Описание цели и этапов моделирования в учебнике С.А. Бешенкова и Е.А. Ракитиной: "Цель моделирования возникает, когда субъект моделирования решает стоящую перед ним задачу, и зависит как от решаемой задачи, так и от субъекта моделирования. То есть цель моделирования имеет двойную природу: с одной стороны, она объективна, так как вытекает из задачи исследования, с другой - субъективна, поскольку исследователь всегда корректирует ее в зависимости от опыта, интересов, мотивов деятельности".

В педагогике моделирование должно рассматриваться в трех аспектах:

· как средство обучения, поскольку большая часть учебной информации поступает к обучаемому в виде учебных моделей самого разнообразного вида -- словесное описание, таблицы, графики, макеты, муляжи, схемы, формулы и пр. Отличительной особенностью этого аспекта является то, что модели, разработанные учителем, автором учебника, создателем научной теории и пр., предоставляются обучаемому в готовом виде. Основная задача обучаемого -- воспринять эту модель и "встроить" ее (желательно в неизменном виде) в свою систему знаний. Роль обучаемого сводится к роли "приемника" информации;

· как инструмент познания, поскольку любая познавательная деятельность связана с построением внутренних представлений объекта изучения. По сути, эти представления носят характер информационных моделей. Отличительная особенность этого аспекта заключается в том, что обучаемый выступает в роли создателя, разработчика моделей, которые в силу этого отражают личностные факторы, особенности ассоциативного мышления обучаемого, его опыт, мотивы и предпочтения. Основная проблема дидактики связана с тем, что модели, которые обучаемый выстраивает сам, далеко не всегда совпадают с теми, которые ему предлагаются учителем или автором учебника. Именно поэтому сегодня так много говорится о важности формирования умения адекватного восприятия текстов;

· как объект изучения, поскольку любая модель может рассматриваться как новый конструктивный объект, обладающий своими свойствами и характеристиками. Для разных моделей можно выделить их инвариантные свойства, особенности, накладываемые выбранным способом представления объекта моделирования, и пр. Все это может выступать объектом изучения.

В преподавании информатики моделирование должно рассматриваться и использоваться во всех названных аспектах, поскольку одна из задач информатики -- научить детей работать с информацией, но это невозможно сделать, не научив их "работать" с информационными моделями.

Одна из проблем заключается в том, что существует некий стереотип представления модели, с чем мы столкнулись при создании данного методического пособия. Основные его признаки таковы:

· модель -- это упрощенное представление объекта моделирования;

· формализация -- хорошо понятная на интуитивном уровне операция;

· информационная модель -- это словесное описание объекта моделирования, частично или полностью формализованное;

· математическая модель и информационная модель -- это разные виды моделей.

Оценим, насколько этот стереотип соответствует современному взгляду на модель. Начнем с последнего признака.

Мы убеждены и рискуем утверждать, что математическая модель -- это один из видов информационных моделей. Да, это достаточно специфический вид, но специфика его определяется не столько сущностью какого-то особого представления информации, сколько той ролью, которое играет математическое моделирование в современном научном познании.

Основу математического моделирования составляет использование формул. Но что представляют собой формулы, как не наиболее "свернутый", компактный способ представления информации об объекте и его свойствах.

Считается, что математическое моделирование -- это наиболее распространенный вид моделирования в науке, именно поэтому язык математики называют универсальным языком науки. Математические формулы возникают в большинстве случаев как результат исследования реальных физических, экономических, социальных систем. Основное их назначение -- описание наблюдаемого поведения систем и предсказание свойств и поведения этих систем за пределами видимых наблюдений. Для обоснования нашего тезиса важным является слово "описание", поскольку описание всегда связано с информацией и способом ее представления и распространения. Если обратиться к словарям, то везде также говорится о математических моделях как о специфическом виде представления информации. Например: "математическая модель -- приближенное описание какого-либо класса явлений внешнего мира, выраженное с помощью математической символики" [22]

Словом "математическая" подчеркивается, что все знаки в этом описании наполняются смыслом, принятым в математике, рассматриваются как математические объекты.

При работе с математическими моделями нас интересует именно смысл формул, информация, заложенная в знаках и их взаимном расположении.

Со стереотипом противопоставления математического и информационного видов моделирования тесно связан взгляд на информационную модель только как на словесное описание той или иной степени формализации. Но ведь существенные стороны объекта моделирования можно передать на любом языке описания (неформализованном разговорном, формализованном научном, формальном языке программирования) или представления информации (неформализованном -- рисунок, формализованном -- схема, формальном -- чертеж). Поэтому и описание внешности героя в литературном произведении, и блок-схему алгоритма вполне обоснованно следует рассматривать как информационные модели.

Мнение, что формализация -- это операция, хорошо понятная на интуитивном уровне, при ближайшем рассмотрении также обнаруживает свою несостоятельность.

С трудностями восприятия, обучаемыми формализованной информации сталкивался каждый педагог. "Чтение" формул, графиков, чертежей, таблиц, программ -- далеко не тривиальная задача, так же как и их создание. Причем это справедливо и для школьников, и для студентов, и для специалистов. Связано это с тем, что формализованная информация предстает практически в "безызбыточном" виде, когда не только каждый знак, но и их взаимное расположение несут определенный смысл. Хорошо известный принцип "лени" в коммуникации гласит, что каждый говорящий стремится сообщить как можно меньше информации, а каждый слушающий, напротив, хочет получить ее как можно больше, чтобы самому меньше вдумываться в смысл высказывания. А при работе с формализованной информацией "вдумываться" приходится очень много, и если нет сформированных навыков, то приходится тратить много усилий на "развертывание смысла", особенно если его необходимо выразить вербально.

Целенаправленная работа по формированию навыков формализации (то есть умения правильно выбирать форму представления информации в зависимости от стоящей задачи и сводить информацию к выбранной форме) приводит, как показывает практика, к хорошим результатам. Поэтому в содержание обучения информатике целесообразно включение вопросов, связанных со способами формализации. В данном методическом пособии мы постарались раскрыть компоненты и приемы формализации текстовой информации (в обыденном понимании слова "текст"), представления информации в формульном виде, в табличной форме, в форме графа; рассмотреть алгоритмы и программы как информационные модели; показать, что разные формы представления информации не противопоставляются, а, напротив, дополняют друг друга, и при решении задач часто приходится переходить от одной формы к другой.

До учащихся важно донести, что формализация полученной информации есть один из компонентов процесса ее осознания, что языковая система, в рамках которой производится формализация, имеет свои выразительные возможности и тем самым накладывает ограничения на выбор формы, что объекты выбранного языка моделирования имеют свои особенности и некоторым образом влияют на смысл, передаваемый в модели.

Стоит потратить учебное время на то, чтобы научить ребят заполнять формуляры строить таблицы, "читать графы, видеть за формулами содержательную идею. Это важно не только с точки зрения формирования общеучебных навыков. К информатике это имеет прямое отношение, поскольку значительная доля информации в автоматизированных системах и глобальных компьютерных сетях предстает именно в формализованном виде. Наглядными примерами являются состоящие из пиктограмм панели инструментов многих современных программных средств, списки, перечни в информационно-поисковых системах, способы записи математических выражений в электронных таблицах и многое другое.

Изучение вопросов, связанных с формализацией, выполняет и мировоззренческую функцию и отчасти функцию воспитания. Обучаемые должны уяснить, что некорректное или сознательно искаженное применение основного тезиса формализации (объект и имя объекта -- это не одно и то же, имя можно отделить от объекта и оперировать лишь с ним, не затрагивая сам объект) приводит к появлению парадоксальных ситуаций, софизмам и схоластике, к тому, что отношение ко лжи, клятвопреступлениям становится в обществе более терпимым. Следствием этого в коммуникации является вольное обращение с терминами, что приводит к трудностям в восприятии и интерпретации текстов. Можно привести и другие негативные последствия, которых можно избежать, если понимать, откуда они возникают.

Что касается стереотипного взгляда на модель как на упрощенное представление оригинала, то его истоки лежат в тех временах, когда моделированию "подвергались" лишь так называемые неконструктивные (естественные, не созданные человеком) объекты. Но моделировать можно не только естественные объекты (человек, Солнечная система, рыночные отношения), но и искусственные, созданные человеком (техническое устройство содержание научной теории). Для естественных объектов справедливо положение: ни одна модель не представляет объект вовсе его полноте. Естественные объекты очень сложны ("Электрон также неисчерпаем, как и атом"), связи между компонентами этих объектов часто неизвестны. Поэтому модели естественных объектов всегда "проще", чем оригинал. Для конструктивных объектов это положение может быть как справедливым, так и нет. Вряд ли можно утверждать, что имитационная компьютерная модель функционирования электрической схемы проще, чем сама схема, составленная на базе микросхем и проводников того же класса, что и имеющиеся в компьютере. Или что теория, изложенная на языке формул, проще, чем она же, представленная в виде словесного описания. И таких примеров можно привести множество. Роль компьютерного моделирования в современном производстве и научных исследованиях возрастает именно потому, что нередко компьютерные модели не проще, а точнее оригинала (при условии, что этот оригинал так же кем-то сконструирован, то есть хорошо известны его элементы, структура и принципы функционирования). Дискуссии по этому поводу на уроках информатики могут быть очень продуктивными. В частности, они будут способствовать формированию более адекватного представления о возможностях и ограничениях современных технических устройств.

Далее авторы приводят разные схемы зависимости цели моделирования от решаемой задачи и субъекта моделирования.

Этапы моделирования в этом учебнике предлагаются такие [13]:

· определению понятия "модель", причем желательно показать диалектику развития содержания этого понятия и разные подходы к выбору формулировки определения;

· выявлению основных отличительных признаков информационных моделей;

· построению классификации информационных моделей, чтобы наиболее полно выделить их различные виды;

· рассмотрению математических моделей как одного из видов формализованных информационных моделей, наряду с такими видами, как таблицы, схемы, графики и пр.;

· знакомству с основными этапами построения информационных моделей;

· знакомству с методами и приемами формализации как основного этапа моделирования.

Это тот минимальный перечень вопросов, который должен быть отражен в базовом курсе информатики. Но он далеко не полон, если мы говорим о моделировании как об объекте изучения. Поэтому уже в базовом курсе желательно, а в профильном обязательно, на наш взгляд, включить в содержание такие вопросы, как:

· изучение свойств моделей;

· более тесное знакомство с языками информационного моделирования;

· раскрытие роли (вернее, "ролей") человека в моделировании.

Изучение свойств моделей имеет не только теоретическое значение, но обладает большой практической значимостью.