Главная Коллекция "Otherreferats" Педагогика Методика обучения информационному моделированию в основной школе

Методика обучения информационному моделированию в основной школе

Ознакомление с психолого-педагогическими особенностями преподавания в старшей школе. Описание базовых подходов к изучению процессов моделирования и формализации в курсе информатики. Разработка системы заданий по обучению информационному моделированию.

Рубрика Педагогика
Вид дипломная работа
Язык русский
Дата добавления 19.04.2011
Размер файла 354,1 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Страница:

В процессе объяснения и решения учебных задач важно донести до обучаемых, что знание свойств модели и умение оценить ее количественно и качественно помогает выработать правильное отношение к той новой информации, которую мы получаем при исследовании модели, и ответить на вопросы: насколько эта информация достоверна? можно ли ее, не уточняя, использовать при принятии решений? какую величину погрешности следует учитывать в дальнейших расчетах? Причем ответы на эти вопросы важны не только при решении математических задач или написании программ для компьютера, но и в обыденной жизни.

Понимание того, что средства массовой информации (СМИ) предоставляют нам всего лишь авторские модели событий, что цели этого моделирования могут быть совершенно не связаны с адекватным отражением действительности, способствует выработке рационального критичного отношения к общественной жизни и активной гражданской позиции. Мы вполне согласны с тем, что гражданский долг учителя состоит в раскрытии внутренней сути таких широко распространенных в информационном обществе социальных информационных технологий (базирующихся на создании и повсеместном распространении информационных моделей), как реклама, маркетинг, public relations (PR), имиджмейкерство и т. п.

Изучая свойства моделей, важно обратить внимание обучаемых на следующее. Мы говорим, что основное свойство модели -- быть подобной объекту моделирования в некотором отношении, обусловленном целями моделирования, а основная характеристика модели -- адекватность прототипу. Но подобие и адекватность -- это качественно разные свойства. Если свойство подобия может быть более-менее строго выражено средствами математики, то адекватность модели моделируемому объекту определяется [14]:

· общими мировоззренческими установками личности;

· терпенью подобия объекту моделирования;

· уровнем соответствия целям моделирования.

То есть адекватность -- понятие более широкое и менее формализуемое, чем подобие. Оно несет в себе отчетливо выраженный личностный оттенок. Поэтому, когда говорят, что модель адекватна оригиналу, надо выяснить, какой из аспектов адекватности имеется в виду.

Практика показывает, что дискуссии, посвященные проблемам адекватности моделей, проходят с большим интересом и помогают выработке адекватного отношения к моделям вообще и социальным моделям в частности.

Свойства модели во многом определяются выбором языка моделирования и свойствами основных объектов этого языка, и об этом также необходимо говорить с обучаемыми, поскольку языковая культура -- неотъемлемый элемент общей культуры человека и его информационной культуры.

Основные языки информационного моделирования:

· в общении -- естественный язык (неформализованный);

· в познании -- язык математики (формализованный);

· в практической деятельности -- формальные языки.

В каждом из этих языков утвердились свои выразительные приемы и способы формализации, знание которых способствует более полному восприятию конкретной модели, пониманию заложенного в ней смысла.

Например, такой объект математики, как функцию, можно выразить с помощью формулы, графика, таблицы. Каждый из этих способов позволяет получить информацию о функции, но информация в разных случаях будет иметь свою специфику. То же можно сказать про такие объекты научного языка, как определения.

Классическое, генетическое и контекстное определения дают разную информацию о содержании определяемого понятия.

На наш взгляд, при хорошей методической проработке указанных вопросов их включение в курс информатики в более широком объеме, чем в настоящее время, было бы вполне оправданным.

С методической точки зрения может быть полезным знакомство с "ролевыми", "субъектными" аспектами моделирования, то есть особенностями отношения к модели ее разработчика (создателя), того, для кого предназначена эта модель (потребителя), и того, кто имеет возможность наблюдать и изучать модель, но не является ни создателем, ни потребителем модели (наблюдателя), учитывая, в частности, что важнейшее свойство модели -- оценка ее адекватности объекту и целям моделирования -- носит во многом личностный характер.

В обучении человек играет сразу несколько ролей, которые нередко связаны с различными стилями поведения и деятельности. Впервые мы обратили на это внимание, когда исследовали проблемы построения методики обучения программированию и алгоритмизации. Объяснение принципов организации диалога с пользователем стало действенным лишь тогда, когда мы в явном виде "развели" отношение к программе разработчика и пользователя. Требование написать программу так, чтобы с ней мог работать любой другой учащийся и чтобы он мог понять, для решения какой задачи предназначена эта программа, сразу устранило такие вопросы, как: "Зачем тратить усилия на оформление ввода данных?", "Зачем решение задачи снабжать комментариями?", "Для чего тратить время на выдачу результатов в развернутом виде?" Не менее интересные результаты дает и введение роли "наблюдателя", то есть субъекта, который оценивает простоту, красоту и эффективность алгоритма, удачное использование разработчиком программы нестандартных возможностей языка программирования. Последний методический прием срабатывает в наибольшей степени в лицейских классах и сильных группах студентов (в слабых группах на это подчас не хватает времени), но учет ролевого фактора при разработке методики обучения, безусловно, необходим.

Обычно, в силу сложившихся форм организации учебного процесса, обучаемый разрабатывает алгоритм "для себя", создает базу данных тоже для собственного использования здесь же на занятии, строит модели в расчете на то, что сам их будет исследовать и оценивать. Но есть принципиальная разница в работе "для себя" и "для другого" -- это хорошо известно профессиональным программистам. Прежде всего, когда обучаемый создает что-то (программу, текстовый документ, страницу в Интернете и т. п.) для других людей, то он ориентируется на их возможные требования и реакции, отказывается от умолчаний, многозначных ситуаций, выделяет наиболее существенное и предъявляет его в явном виде. Сама эта деятельность хорошо дисциплинирует и способствует лучшему постижению сути выполняемой работы.

При изучении моделирования ролевой фактор оказывается особенно значим. Когда обучаемый знакомится с новой моделью, будь то учебная ситуация или сообщение СМИ, он должен четко разграничивать объект моделирования, саму модель и средства языка моделирования. Кроме того, он должен понимать, что у разработчика модели были определенные цели, как объективные, так и субъективные, и в модели нашла отражение вся их совокупность, что информация, полученная при исследовании этой модели, требует оценки перед ее применением. Выполнение этих условий способствует формированию более широкого взгляда на окружающую действительность, а в итоге -- мировоззрения, помогающего человеку выработать релевантное отношение к жизни.

§1.5 Обзор существующих классификаций моделей и моделирования в учебной литературе

Классификация - распределение объектов на классы и подклассы на основании общих признаков. Она позволяет выделить из всего многообразия объектов группы с интересующими исследователя свойствами и сосредоточиться на их изучении.

Различные авторы, предлагают различные классификации моделей Авторы А.Г.Кушнеренко, А.Г.Леонов предлагают классификации моделей по каким либо признакам не производится. Авторы предлагают построить модели (зрительный зал, расписание, модели геометрической информации и пр. Видимо, по их мнению классификация моделей в школе не требуется. Хочу сразу не согласиться с этим. Мы думаем, что классификация моделей позволяет ученикам видеть модели объектов и процессов в обыденной жизни и пытаться осмысленно строить и использовать модели, для решения широкого спектра вопросов.

В пособии для учителей Земля информатика А.Г.Гейна вопросы классификации моделей не выделены в отдельную главу, но в главе 3 "Самостоятельная жизнь моделей" после рассмотрения нескольких моделей, автор поясняет, что каждая из этих моделей относится к своему классу.

В учебнике Информатика 9 класс под редакцией Н.В.Макаровой [12] в процессе изучения темы "Классификация моделей " ребята узнают по каким признакам можно классифицировать модели; что такое информационная модель и чем она отличается от материальной; виды информационных моделей по форме представления и по способу реализации. Вот признаки, которые автор классифицирует модели: область использования, учет в модели временного фактора, отрасли знаний, способа представления моделей.

В задачнике-практикуме под редакцией И.Г.Семакина и Е.Г.Хеннера [16] в главе, посвященной компьютерному моделированию вопросу классификации уделяется немного места. Авторы указывают, что в прикладных областях человеческой деятельности различаются следующие виды абстрактных моделей . Но далее рассматривается несколько направлений компьютерного моделирования на примерах конкретных задач: задачи динамического моделирования, задачи статического и имитационного моделирования, моделирование знаний. При этом перед разбором конкретных задач дается краткое определение соответствующего класса задач.

В пособии "Методика преподавания информатики" А.И.Бочкина вопросам классификации моделей отводится большое внимание. Способов классификации необычно много. Приведем лишь некоторые, наиболее известные основания и признаки: дискретность и непрерывность, матричные и скалярные модели, статические и динамические модели, аналитические и информационные модели, предметные и образно-знаковые модели, масштабные и немасштабные...

Каждый признак дает определенное знание о свойствах и модели, и моделируемой реальности. Признак может служить подсказкой о способе выполненного или предстоящего моделирования.

Дискретность и непрерывность Дискретность- характерный признак именно компьютерных моделей. Ведь компьютер может находиться в конечном, хотя и очень большом количестве состояний. Поэтому даже если объект непрерывен (время), в модели он будет изменяться скачками. Можно считать непрерывность признаком моделей некомпьютерного типа.

Случайность и детерминированность. Неопределенность, случайность изначально противостоит компьютерному миру: Запущенный вновь алгоритм должен повториться и дать те же результаты. Но для имитации случайных процессов используют датчики псевдослучайных чисел. Введение случайности в детерминированные задачи приводит к мощным и интересным моделям (Вычисление площади методом случайных бросаний).

Матричность - скалярность. Наличие параметров у матричной модели говорит о ее большей сложности и, возможно, точности по сравнению со скалярной. Например, если не выделить в населении страны все возрастные группы, рассматривая его изменение как целое, получим скалярную модель ( например модель Мальтуса), если выделить, - матричную (половозрастную). Именно матричная модель позволила объяснить колебания рождаемости после войны.

Статичность динамичность. Эти свойства модели обычно предопределяются свойствами реального объекта. Здесь нет свободы выбора. Просто статическая модель может быть шагом к динамической, либо часть переменных модели может считаться пока неизменной. Например, спутник движется вокруг Земли, на его движение влияет Луна. Если считать Луну неподвижной за время оборота спутника, получим более простую модель.

Аналитические модели. Описание процессов аналитически, формулами и уравнениями. Но при попытке построить график удобнее иметь таблицы значений функции и аргументов.

Имитационные модели. Имитационные модели появились давно в виде масштабных копий кораблей, мостов и пр. появились давно, но в связи с компьютерами рассматриваются недавно. Зная как связаны элементы модели аналитически и логически, проще не решать систему неких соотношений и уравнений, а отобразить реальную систему в память компьютера, с учетом связей между элементами памяти.

Информационные модели. Информационные модели принято противополагать математическим, точнее алгоритмическим. Здесь важно соотношение объемов данные/алгоритмы. Если данных больше или они важнее имеем информационную модель, иначе - математическую.

Предметные модели. Это прежде всего детская модель - игрушка.

Образно-знаковые модели. Это прежде всего модель в уме человека: образная, если преобладают графические образы, и знаковая, если больше слов или (и) чисел. Образно-знаковые модели строятся на компьютере.

Масштабные модели. К масштабным моделям те из предметных или образных моделей, которые повторяют форму объекта (карта).

Классификация моделей приведенная в задачнике Семакина: в прикладных областях человеческой деятельности различаются следующие виды абстрактных моделей.

1. Вербальные (текстовые модели). Эти модели используют последовательность предложений на формализованных диалектах естественного языка для описания той или иной области действительности (примерами такого рода моделей является милицейский протокол, правила дорожного движения и пр.)

2. Математические модели, выражающие существенные черты объекта или процесса языком уравнений и других математических средств. Они традиционны для теоретической физики, механики, химии, биологии и ряда других, в том числе гуманитарных и социальных наук.

3. Информационные модели - класс знаковых моделей, описывающих информационные процессы (возникновение, передачу и использование информации в системах самой разнообразной природы.

Классификация с учетом фактора времени и области использования (Макарова Н.А.) [14]

Статическая модель - это как бы одномоментный срез информации по объекту (результат одного обследования)

Динамическая модель -позволяет увидеть изменения объекта во времени(Карточка в поликлинике)

Можно классифицировать модели и по тому, к какой области знаний они принадлежат(биологические, исторические, экологические и т.п.)

Классификация по области использования (Макарова Н.А.) [13]

Учебные-наглядные пособия, тренажеры, обучающие программы

Опытные модели- уменьшенные копии (автомобиль в аэродинамической трубе)

Научно-технические- синхрофазотрон, стенд для проверки электронной аппаратуры

Игровые-экономические, спортивные, деловые игры

Имитационные -не просто отражают реальность, но имитируют ее( на мышах испытывается лекарство, в школах проводятся эксперименты и т.п. .Такой метод моделирования называется методом проб и ошибок

Классификация по способу представления Макарова Н.А.)

Материальные модели-иначе можно назвать предметными. Они воспринимают геометрические и физические свойства оригинала и всегда имеют реальное воплощение. Информационные модели-нельзя потрогать или увидеть. Они строятся только на информации. Информационная модель совокупность информации, характеризующая свойства и состояния объекта, процесса, явления, а также взаимосвязь с внешним миром.

Вербальная модель - информационная модель в мысленной или разговорной форме.

Знаковая модель- информационная модель выраженная знаками, т.е. средствами любого формального языка.

Компьютерная модель - модель, реализованная средствами программной среды.

Наиболее полную, классификацию моделей дают в своем учебнике С.А. Бешенков и Е.А. Ракитина.[3] Авторы классифицируют модели по следующим признакам:

по характеристике объекта моделирования

модель внешнего вида,

модель структуры,

модель поведения;

по сферам деятельности субъекта моделирования

познавательные,

коммуникативные,

модели, возникающие в сфере практической деятельности;

по сущности

вещественно-энергетические (натурные),

идеальные (воображаемые),

информационные;

по роли в управлении объектом моделирования

регистрирующие,

эталонные,

прогностические,

имитационные,

оптимизационные;

по степени формализации

неформализованные,

частично формализованные,

формализованные;

по учету фактора времени

статические,

динамические.

В свою очередь информационные модели авторы делят на:

* дескриптивные (выраженные на языке описания): на естественном языке, на специальном языке;

* смешанные: таблицы, графы, схемы, карты, видеофильмы;

* наглядные (выраженные на языке представления): рисунки, чертежи, графики, фотографии;

ВЫВОДЫ

Одна из тенденций развития школьного курса информатики заключается в смещении акцентов с программирования и изучения технологий к формированию системно-информационной картины мира на базе моделирования как ведущего метода современного познания, что влечет за собой необходимость более широкого включения вопросов моделирования в курс информатики.

Увеличение доли абстрактного во всех учебных дисциплинах среднего звена общеобразовательной школы приводит к тому, что возрастает роль моделирования и формализации как общеучебных умений, а потому уже в базовом курсе информатики необходимо более глубокое изучение данной содержательной линии.

При обучении моделированию целесообразно способствовать

формированию у школьников целостного взгляда на теоретические вопросы,

связанные с рассмотрением моделирования как объекта изучения.

Из сказанного выше видно, что у большинства авторов моделирование опирается на объектную терминологию (под моделью авторы понимают некий заместитель исследуемого объекта). Только у А.Г. Гейна при моделировании не используется объектный анализ.

У большинства авторов моделирование рассматривается как инструмент познания и средство обучения. Как объекту изучения, моделированию уделяется внимание не во всех учебниках.

Моделирование как объект изучения рассматривается в учебнике Н.В. Макаровой и учебном пособии Н.И. Суворовой. (Но, рассматривая параметры объекта, его структуру, Н.В. Макарова переходит от философского объектно-субъектного представления к идеям программирования. Если мы говорим о "параметрах объекта", мы говорим уже о модели. Таким образом, автор объявляет объектом модель).

Наиболее полно терминология дана в учебнике С.А. Бешенкова и Е.А. Ракитиной.

В качестве оснований деления моделей выбираются разные классификационные признаки (от одного до шести у разных авторов).

Большинство авторов в качестве одного из классификационных признаков рассматривают способ (форму) представления (отображения) объекта.

ГЛАВА 2. Методика преподавания информационного моделирования в основной школе

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

Цель изучения формирование у учащихся системно-информационной картины мира через освоение основных понятий моделирования и решение исследовательских задач с помощью компьютера.

Основные понятия: объект, система, системный эффект, системный анализ, модель, моделирование, формализация.

Требования к уровню подготовки учащихся.

В результате изучения учащиеся должны:

понимать:

сущность информационного моделирования;

необходимость формализации при моделировании; знать:

основные понятия раздела;

об информационных моделях организации данных; уметь:

объяснять связи между элементами системы;

выделять основное свойство системы;

отличать модель от объекта в конкретной ситуации;

* выбирать наиболее эффективный способ хранения, представления и обработки данных с помощью компьютерной технологии.

Изучение моделирования и формализации позволяет решить одну из задач курса информатики -- формирование у учащихся системно-информационной картины мира, а основные понятия этой содержательной линии являются мощным аналитическим инструментарием на современном этапе развития предметного курса информатики.

Одно из основных понятий данной содержательной линии - объект.

По учебнику И. В. Макаровой для VI--VII классов [13] "объект -некоторая часть окружающего нас мира, которая может быть рассмотрена как единое целое". Далее рассматриваются объекты-предметы, имена объектов, свойства, действия объектов и над объектами, среда обитания объектов. На наш взгляд, среда обитания объектов - это уже избыточная информация, когда говорится только об объектах-предметах. Только вскользь упоминается, что объектом можно считать продукты умственной деятельности человека. Остается без должного внимания замечательный пример-- отрывок стихотворения А. Барто, где в качестве объектов можно рассмотреть "листопад" и "осень", тем самым расширив понятие объекта.

В соответствии с задачником-практикумом И. Г. Семакина [16] "объект - это то, о чем идет речь. Объектом может быть все, что угодно: дом, если мы говорим о доме, звезды, если мы смотрим на звездное небо, голод, если мы думаем о том, что проголодались". Необходимо конкретизировать это объяснение для учащихся, не сужая его по содержанию. Если учитель информатики согласен с мнением о том, что содержательная линия является связующей для всего курса информатики, то понятие объекта вполне возможно вводить в начале VII класса, аналогично тому, как в физике вводится понятие физического тела: "Объектом можно считать предмет, процесс или явление, имеющее имя и воспринимаемое нами как единое целое" [25].

Далее следует разобрать примеры объектов-предметов (книга, человек, кошка и пр.), объектов-явлений (снег, гром, вулкан, молния и пр.), объектов-процессов (учеба, суд, выборы и пр.).

Рассмотрение явлений и процессов как сложных объектов упрощает в дальнейшем восприятие основ системологии и элементов кибернетики.

Не следует упускать возможности логического перехода к идее формализации использованием заданий типа:

"Дайте имена объектам ...

а) выросшим на яблоне;

б) находящимся в библиотеке;

в) продающимся в "Детском мире";

г) находящимся на рабочем столе Windows".

Путем рассуждений о том, что все основные объекты, находящиеся в библиотеке, имеют имя "книга", так как обладают общими признаками (существенными свойствами), можно подойти к основному тезису формализации - возможности разделения объекта и его обозначения, ведь мы говорим не о конкретной книге, а об объекте "книга" вообще, т. е. формально о любой книге.

Естественно, необходимо в дальнейшем опираться на вводимые понятия, изучая темы, относящиеся к другим содержательным линиям. Например, можно перейти к теме "Основные устройства компьютера", активно используя схемы, или к теме "Программное обеспечение компьютера", где понятие "объект" относится к файлу, папке, документу и т.д. Все это, на наш взгляд, удачно реализовано в учебнике Н.В. Макаровой для VI--VII классов [13].

Переход к понятию "система" может быть достаточно простым. На протяжении одного - двух лет обучения учащиеся оперируют понятием "объект" в самых разных контекстах, теперь следует связать объекты в систему. На наш взгляд, это следует делать после изучения основ алгоритмизации, где продолжается изучение формального описания действий объекта-исполнителя (также формального).

У Н.В. Макаровой переход к моделированию происходит без рассмотрения основ системологии в отличие от подхода И.Г. Семакина, в котором простые и сложные объекты анализируются как системы. "Система -это целое, состоящее из элементов, взаимосвязанных между собой" - такое объяснение дается в задачнике-практикуме И.Г.Семакина [16], а далее следует хорошая подборка задач, посильная для учащихся VII--IX классов.

Объясняя понятие "система", можно сделать акцент на приоритет логических связей между объектами системы, тогда объяснение этого понятия может быть таким:

"Множество объектов, логически связанных между собой, образуют систему".

Акцент на логические связи не случаен, ведь задачей изучения основ системологии в курсе информатики является анализ систем различной природы, нахождение и объяснение связей между элементами систем с целью управления информационными процессами, в них протекающими, а также выделение основного свойства любой системы - возникновение "системного эффекта". Логические взаимосвязи элементов системы - это продуманная структура будущей системы. У И.Г. Семакина "структура -это определенный способ объединения элементов, составляющих систему". Разная структура - разные свойства - разное назначение систем, состоящих из одинаковых элементов. Например, куча кирпичей или блоков не система, так как нет связей. Кирпичный (блочный) дом - сложный объект, можно считать системой. Элементами системы являются кирпичи или блоки. Логическую взаимосвязь (структуру) продумал архитектор. Из тех же элементов можно получить другие системы - школа, гараж и пр.

Другой пример явных логических связей объектов системы: периодическая система химических элементов структурирована наглядно в виде таблицы, но в виде целого существует только как табличная информационная модель.

Рассмотрение таких систем, как файловая, государственной власти, система образования, и других в виде структурных схем позволит заложить у учащихся основы системно-структурного взгляда на мир. Переход в дальнейшем к любой теме курса информатики вполне обоснован, так как мы изучаем системы в различных проявлениях (компьютер, системы программирования) и информационные процессы в них протекающие (представление и обработку графической, текстовой и числовой информации).

Основы системологии хорошо разработаны в учебных пособиях для начального курса информатики авторского коллектива под руководством А.В. Горячева [18]. При переходе к базовому курсу наработанные навыки систематизации теряются, это вместо того, чтобы развивать их и перейти к профильному изучению информатики любого направления в старших классах, где эти навыки необходимы для эффективной организации учебного труда, а также для понимания объектно-ориентированной парадигмы программирования.

Прежде чем перейти к теме моделирования более широко (в рамках линии "Основы алгоритмизации" учащиеся познакомились лишь с математической моделью как одним из необходимых шагов формализации), т. е. рассмотреть теоретические основы моделирования, можно познакомить учащихся с элементами кибернетики. В настоящее время этой теме уделено немного внимания в учебниках информатики И.Г. Семакина [33] и Н.Д. Угриновича [36].

В учебнике И.Г. Семакина [33] тема "Информация и управление" идет после изучения баз данных и баз знаний как мотивация к изучению темы "Основы алгоритмизации и программирования". Практика показала, что с элементами кибернетики лучше знакомить после изучения алгоритмизации и программирования, когда накоплено достаточно примеров взаимодействия между объектами системы. Вместе с учащимися можно проанализировать различные виды алгоритмов (линейный, разветвленный, циклический), реализованных в виде команд по управлению объектом или системой, приводящих к заранее поставленной цели, оценить ее эффективность. А предшествующее изучение темы "Основы системологии" позволит учащимся легко выделять связи (прямые и обратные) между объектами системы. Знакомство с элементами кибернетики мотивирует изучение основ моделирования и формализации, так как часто учащиеся не удовлетворены ответом на вопрос о цели моделирования как методе научного познания окружающего мира, а цель изучения этого метода как инструментария нахождения эффективного решения поставленной задачи функционирования системы, учащимся IX класса уже понятна и вполне удовлетворяет.

Обсуждение с учащимися проблемы исследования сложных объектов или систем (гроза, вулкан) приведет к пониманию сложности или полной невозможности процесса исследования непосредственно объекта. Таким образом, учащимся объясняется цель моделирования и вводится понятие модели. Разговор о моделях следует вести в режиме диалога, развивая те представления, которые уже есть у учащихся на интуитивном уровне. Определение модели может быть таким: "Модель -- это упрощенное подобие реального объекта или процесса, содержащее существенное свойство данного объекта".

Чтобы определить, какие свойства будут являться существенными, необходимо провести системный анализ, т. е. определить цель моделирования для конкретного случая, структуру и внешний вид будущей модели.

Необходимо сделать акцент именно на цели моделирования, поскольку она определяет те свойства оригинала, которые должны быть воспроизведены в модели.

Если помнить, что по определению объект -- это не только предмет, но и процесс или явление, то и примеры моделирования должны быть соответствующими. Умение выделять отношение "объект-модель" в конкретной ситуации может оказаться полезным в будущем.

Например, можно предложить учащимся такое задание:

"Выделите отношения "объект-модель" в следующих цепочках:

Автомобиль - фото автомобиля - детальный чертеж автомобиля.

Самолет - ураган - аэродинамическая труба, создающая аналогичные условия для полета.

Человек - сердце -кардиограмма".

Примеры должны помочь учащимся прийти к выводу, что один и тот же объект может иметь множество моделей, а разные объекты могут описываться одной моделью.

Далее подходим к основной классификации моделей: материальные и информационные модели.

Понятие информационной модели лучше объяснять по учебнику С.А. Бешенкова, Е.А. Ракитиной [5]: "Информационная модель -- это описание моделируемого объекта на одном из языков кодирования информации". Здесь очевидна связь данной линии с темами "Информация и информационные процессы" и "Представление информации".

В развитие темы информационных моделей вводится понятие формализации - из того же учебника: "Формализация - приведение существенных свойств и признаков объекта моделирования к выбранной форме".

Закрепление элементов формализации отрабатывается на примерах представления информационной модели в различных ее формах: в виде рисунка, схемы, таблицы, чертежа, формулы, словесного описания, программы и пр.

Здесь же можно ввести классификацию моделей по временному фактору: один и тот же объект можно изучать, используя как статическую, так и динамическую модель. Например: необходимые чертежи для строительства дома - это статическая информационная модель, А расчеты и графики, отражающие состояние дома через несколько лет после взаимодействия с ветрами, снегами и прочими природными явлениями, можно считать динамической информационной моделью.

Рассмотрение трех моделей организации данных позволит связать изученное в базовом курсе с дальнейшим изучением информатики в виде профильного или углубленного курса.

Данных об одном объекте (системе) накапливается со временем столько, что необходимо определить способ их хранения и представления. Существуют три модели организации данных: реляционная (табличная), иерархическая, сетевая.

Реляционная модель представляет информацию об объекте в строках и столбцах прямоугольной таблицы. Программы, позволяющие реализовать этот способ хранения и представления данных, - Excel, Access.

Иерархическая модель представляет систему в виде структурной схемы (граф, блок-схема), где объекты располагаются по уровням с фиксированными связями между уровнями.

Сетевая модель отличается от иерархической модели типом связей между уровнями - здесь они свободные. Примером сетевой модели организации данных может служить структура организации глобальной сети Интернет.

После повторения в старшем звене теоретических основ моделирования уместен переход к графам, разумеется, в объеме не более чем подборка задач в двухтомнике И. Г. Семакина [16]. С блок-схемами учащиеся знакомы по теме "Основы алгоритмизации и программирования". Схема моделей организации данных позволяет рассмотреть взаимосвязь моделирования и других тем курса информатики.

К представленной схеме организации данных можно возвращаться многократно, повторяя и дополняя ее. Она связывает тему математического и компьютерного моделирования с табличным представлением данных (Excel), базами данных (Access), основами системологии (модели на графах), элементами теории управления, телекоммуникациями (локальные и глобальные сети).

В результате проведенных анализов и исследований, предлагаем видение планирования содержания и методики обучения информационному моделированию в основной школе:

8 класс

№ п/п

Тема, понятия

Количество часов

1

Представление об объектах окружающего мира. Введение понятий объект, система объектов.

1

2

Основной тезис формализации.

1

3

Моделирование. Виды информационных моделей.

1

4

Основные этапы информационного моделирования

1

Практические работы:

1. Постановка и проведение эксперимента в виртуальной компьютерной лаборатории.

Построение генеалогического древа семьи.

Построение и исследование компьютерной модели, реализующей анализ результатов измерений и наблюдений с использованием динамических таблиц.

9 класс

№ п/п

Тема, понятия

Количество часов

5

Формализация описания реальных объектов и процессов, примеры моделирования объектов и процессов, в том числе - компьютерного. Классификация моделей.

2

6

Модели, управляемые компьютером. Виды информационных моделей. Математические модели. Чертежи. Двумерная и трехмерная графика. Диаграммы, планы, карты.

1

7

Таблица как средство информационного моделирования.

1

8

Кибернетическая модель управления: управление, обратная связь.

1

Практические работы:

1) Создание схемы и чертежа в системе автоматизированного проектирования.

2) Построение и исследование компьютерной модели, реализующей анализ результатов измерений и наблюдений с использованием системы программирования.

3) Построение и исследование геоинформационной модели в электронных таблицах или специализированной геоинформационной системе.

§ 2.2 Разработка системы заданий по обучению информационному моделированию

В ходе апробации были составлены комплексы задач. В данном параграфе представлены основные виды задач.

Представление об объектах окружающего мира

1. Задание. Заполните таблицу:

Имя

Краткое описание (существенные характеристики) |

Стол

Горизонтальная поверхность на опоре, предназначенная для работы на ней

Книга

Дождь

Извержение вулкана

2. Задание. Дайте имена объектам ...

а) выросшим на яблоне;

б) посещающим детский сад;

в) посещающим лицей;

г) проживающим в Москве;

д) продающимся в "Детском мире";

е) находящимся в библиотеке;

ж) работающим на тракторе;

з) преподающим в школе.

3. Задание. Назовите характеристики следующих объектов: шар, поезд, река, ядерный взрыв. Представьте информацию в виде таблицы.

4. Из одного грамма углеводов человек получает 4,1 ккал, из одного грамма жиров - 9,3 ккал, из одного грамма белков - 4,2 ккал. Порция борща со свежей капустой содержит 3,6 г белков, 12 г жиров и 24 г углеводов. Порция картофеля с маслом - 2,7 г белков, 7 г жиров и 39 г углеводов. Порция компота из свежих фруктов содержит 0,4 г белков, 36 г углеводов, не содержит жиров.

Сколько энергии Вы получите:

1. из белков, жиров и углеводов, содержащихся в каждом блюде;

2. отдельно из белков, жиров и углеводов, входящих в обед;

3. из всего обеда?

5.Несколько классов заказывают несколько экскурсий. В каждом классе на каждую экскурсию хочет поехать разное количество учеников. Разные экскурсии стоят по-разному.

Самостоятельно поставить вопросы, спланировать таблицу.

Основной тезис формализации

1. Задание. Составьте сетевую модель. В первом ряду укажите имена своих друзей, во втором ряду - их увлечения. Изобразите дугами связи: имя - увлечение.

2. Задание. Нарисуйте иерархическую информационную модель, состоящую из одноклассников, между которыми существуют следующие взаимоотношения: дружат Андрей и Даша, Андрей, Маша и Катя, Даша и Саша, Саша и Андрей. С кем Андрей может поделится секретом, не рискуя, что он станет известен кому - другому.

3. Задание "Иерархическая модель" Составить родословное дерево потомков Владимира Мономаха.

Потомки Владимира Мономаха: Владимир Мономах умер в 1125 г. Он оставил 4 сыновей: Мстислава (год смерти - 1132), Ярополка (1139), Вячеслава Туровского (1154) и Юрия Долгорукого (1157). После Мстислава осталось 3 сына: Изяслав Волынский (1154), Всеволод Новгородский (1138) и Ростислав Смоленский (1168). У Изяслава Волынского был сын Мстислав(1170), у Мстислава сын Роман (1205), у Романа - Даниил Галицкий (1264). Ростислав Смоленский имел 4 сыновей: Романа (1180), Рюрика (1215), Давида (1197) и Мстислава Храброго (1180). После Романа Ростиславича остался сын Мстислав Киевский (1224), после Мстислава Храброго - сын Мстислав Удалой (1228). Юрий Долгорукий имел 3 сыновей: Андрея Боголюбского (1175), Михаила (1177) и Всеволода (1212).

Моделирование. Виды информационных моделей.

1. Определить все существенные (с точки зрения заданной цели) свойства моделирования; выберите форму их представления и постройте модель.

Объект моделирования

Цель моделирования

Компьютер

Объяснить, какие устройства предназначены для выполнения таких информационных процессов как: ввод, хранение, обработка, передача, вывод информации, и как осуществляется их взаимодействие.

Файловая система компьютера

Продемонстрировать способы организации хранения информации на внешних носителях.

Учебный процесс в школе

Представить в удобном для учащихся виде порядок проведения уроков и место их проведения.

2. Спланировать оптимальную модель, в которой будут отображены учебники и учебные пособия по предметам математического цикла для удобства работы библиотеки. Для этого определить какими свойствами обладают эти издания и определить их значение.

3. Составить оптимальный план проведения экскурсионных поездок школьников во время каникул в следующей ситуации. Областной департамент образования может профинансировать поездки школьников из пяти районов (1, 2, 3, 4, 5) области в три города (X, Y, Z). Количество учащихся, которых следует отправить в поездки: 1 район - 300 чел., 2 - 250, 3 - 400, 4 - 350, 5 - 200

Стоимость (в рублях) поездки одного учащегося из районов в города приведена в следующей таблице:

Города

Стоимость поездки из районов

1

2

3

4

5

X

500

700

750

1000

1100

Y

700

600

400

500

800

Z

1200

1000

800

600

500

Необходимо составить такой план экскурсий, который:

- позволяет каждому из числа намеченных к поездке учащихся побывать на экскурсии;

- удовлетворяет условию, определяющему общее число экскурсантов, едущих в каждый из городов;

- обеспечивает максимально низкие суммарные расходы финансирующей стороны.

Основные этапы информационного моделирования

1. Соедините линиями правый и левый столбцы:

Театральные декорации

Материальные модели

Наука "Информатика"

Библиотека

Музей изобразительных искусств

Информационные модели

Глобус

Макет скелета человека

График зависимости скорости от времени

Смешанные модели

Географический атлас

Компьютер

2. Предложите параметры для информационной модели вашего класса.

3. Задача. Агафья Тихоновна (персонаж пьесы Н. В. Гоголя - Женитьба), решая жизненную задачу выбора жениха, строит такую модель: "Если бы губы Никанора Ивановича да приставить к носу Ивана Кузьмича, да взять сколько-нибудь развязности, какая у Балтазар Балтазарыча, да, пожалуй, прибавить к этому еще дородности Ивана Павловича -- я бы тогда тотчас же и решилась". Объясните, почему эта модель не может помочь в решении указанной задачи

4. Задача. По заказу Управления культуры была изготовлена бронзовая статуя девушки с веслом. Определите те свойства статуи, которые существенны для решения каждой из следующих задач:

а) перевезти статую из мастерской в городской парк;

б) установить статую на площади парка;

в) увеличить посещаемость городского парка;

г) продать статую с аукциона;

д) переплавить статую

5. Задача. Во время ремонта корабля потребовалось заделать пробоину в обшивке. Имеется лист стали. Удастся ли с его помощью заделать пробоину?

Выскажите предположения, существенные для решения данной задачи. Определите, что будет служить исходными данными, а что -- результатом.

6. Во время каникул веселые человечки отправились путешествовать на разных видах транспорта. Незнайка проплыл 50 км на пароходе, проехал 40 км на поезде и пролетел 100 км на самолете. Поэт цветик проплыл на пароходе 100 км и проехал на поезде 20 км. Торопыжка пролетел на самолете 200 км и проехал поездом 10 км. Доктор медуница проехала на поезде 30 км и проплыла на пароходе 60 км. Стоимость проезда на поезде составляет 1 монету за км, на пароходе - 2 монеты за км, на самолете - 4 монеты за км.

- Какое расстояние проехал каждый из человечков и сколько денег он заплатил за дорогу?

- Какое расстояние все человечки вместе проехали на каждом виде транспорта и сколько им это стоило?

- Сколько денег все человечки вместе заплатили за все виды транспорта?

Классификация моделей

1. Задание. Приведите примеры статистических и динамических моделей.

предмет

Статистические модели

Динамические модели

в физике

в химии

в биологии

в информатике и математике

Модели, управляемые компьютером. Математические модели

1. Задание. Заполните таблицу:

2.

Объект

Человек

Земля

Автомобиль

Модели

3. Задача. Вычислить количество краски для покрытия пола в спортивном зале, составив программу на языке Паскаль

4. Задача. На научный семинар собрались ученые и обменялись визитными карточками. Всего они раздали 210 визиток. Сколько ученых приехали на семинар, если известно, что их было не более 20?

5. Задача. Участники шахматного турнира после окончания очередной партии обменялись друг с другом рукопожатием. Всего сыграно 210 партий, значит, 210 раз противники жали друг другу руку. Сколько человек принимали участие в турнире, если каждый сыграл по одному разу со всеми остальными, и известно, что участников было не более 30 человек

6. Задача. Знаменатель правильной дроби на 2 больше числителя. Если числитель увеличить в 5 раз, а к знаменателю прибавить 5 и сократить дробь, то в результате получиться 3/2. Найти исходную дробь.

7. Задача. Площадь прямоугольного треугольника равна 6 см. Найти длины катетов и гипотенузы этого треугольника, если один катет больше другого на 1 см и известно, что длина каждой из сторон не превосходит 12 см

Таблица как средство информационного моделирования

1. Задание. Определите, какой из пяти серверов является узловым?

С 1

С2

СЗ

С4

С5

С 1

1

0

0

0

С2

0

1

0

0

СЗ

0

0

1

0

С4

1

1

1

1

С5

0

0

0

1

2. Задание. На основании имеющейся информации создайте таблицу "Планеты Солнечной системы".Расстояние от Юпитера до Солнца - 778 млн км. Расстояние от Урана до Солнца - 2870 млн км. Диаметр планеты Юпитер - 142 800 км. Диаметр планеты Сатурн - 120 860 км. Расстояние от Сатурна до Солнца - 1427 млн км. Диаметр планеты Уран - 52 000 км. Расстояние от Земли до Солнца - 150 млн км. Расстояние от Плутона до Солнца - 5950 млн км. Диаметр планеты Меркурий - 4 880 км. Расстояние от Нептуна до Солнца - 4497 млн км. Время обращения Сатурна вокруг Солнца - 29,5 года. Диаметр планеты Плутон 3000 км. Расстояние от Марса до Солнца - 228 млн км. Диаметр планеты Нептун - 48 400 км. Время обращения Урана вокруг Солнца - 84 года. Время обращения Нептуна вокруг Солнца - 165 лет. Время обращения Юпитера вокруг Солнца - 12 лет. Расстояние от Меркурия до Солнца - 58 млн км. Время обращения Земли вокруг Солнца - 365 дней. Время обращения Меркурия вокруг Солнца - 88 дней. Диаметр планеты Марс - 6790 км. Время обращения Юпитера вокруг Солнца - 225 дней. Диаметр планеты Земля - 12 756 км. Диаметр планеты Венера - 12100 км. Время обращения Плутона вокруг Солнца - 248 лет. Расстояние от Венеры до Солнца - 108 млн км. Время обращения Марса вокруг, Солнца - 687 дней.

3. Задание. С помощью таблицы решите задачу: Маша, Оля, Лена и Валя - замечательные девочки. Каждая из них играет на каком-нибудь музыкальном инструменте и говорит на одном из иностранных языков. Инструменты и языки у них разные: Маша играет на рояле; девочка, которая говорит по-французски, играет на скрипке; Оля играет на виолончели; Маша не знает итальянского языка, а Оля не владеет английским; Лена не играет на арфе, а виолончелистка не говорит по-итальянски. Определите, на каком инструменте играет каждая девочка, и каким языком она владеет.

4. Задание. Построить табличную информационную модель задачи:

В школе учатся четыре талантливых подростка: Иван, Петр, Алексей и Андрей. Один из них -- будущий хоккеист, другой преуспел в футболе, третий -- легкоатлет, четвертый подает надежды как баскетболист.

О них известно следующее:

1. Иван и Алексей присутствовали в спортзале, когда там занимался легкоатлет.

2. Петр и хоккеист вместе были на тренировке баскетболиста.

3. Хоккеист раньше дружил с Андреем, а теперь неразлучен с Иваном.

4. Иван незнаком с Алексеем, так как они учатся в разных классах и в разные смены. Кто чем увлекается?

5. Задание. На следующем графе изображена система возможного переливания крови. Укажите, какую кровь может получить человек с первой группой, со второй, с третьей, с четвертой группой крови.

6. Задание "Табличная модель" Трое подростков, Саша, Миша и Андрей, живут на одной улице. Одного все знают как отличного шахматиста, другой - заядлый футболист и болельщик, а третий - компанейский парень, любитель всяческих тусовок.

Однажды футболист пришел к своему другу, чтобы поучиться приемам игры в шахматы, но мама сказала, что сын ушел с известной всей улице личностью на дискотеку.

Известно, что Андрей никогда не слышал о Мише. Кто есть кто?

7. В школе учатся четыре талантливых подростка: Иванов, Петров, Сидоров, Андреев. Один из них - будущий музыкант, другой преуспел в бальных танцах, третий - солист хора мальчиков, четвертый подает надежды как художник. О них известно следующее:

8. 1. Иванов и Сидоров присутствовали в зале консерватории, когда там солировал в хоре мальчиков певец

9. 2. Петров и музыкант вместе позировали художнику

10. 3. Музыкант ранее дружил с Андреевым, а теперь неразлучен с Ивановым

11. 4. Иванов незнаком с Сидоровым, т.к. они учатся в разных классах и в разные смены. Кто чем увлекается?

12. Спланировать и составить по предложенному тексту таблицу. Определить тип таблицы. Обосновать свой выбор.

Время от станции Отрадное до станции Кутузовская составляет 37 минут. Время в пути от станции Театральная до станции Юго-Западная составляет 24 минуты. Время в пути от станции Октябрьская до станции Кутузовская составляет 23 минуты. Время в пути от станции Октябрьская до станции Кутузовская составляет 16 мин. Время в пути от станции Юго-Западная до станции Отрадное составляет 46 мин. Время в пути от станции Театральная до станции Отрадное составляет 27 мин. Время в пути от станции Октябрьская до станции Театральная составляет 13 мин. Время в пути от станции курская до станции Отрадное составляет 28 мин. Время в пути от станции Курская до станции Отрадное составляет 28 минут. Время в пути от станции Театральная до станции Кутузовская составляет 19 мин. Время в пути от станции Октябрьская до станции Юго-Западная составляет 23 минуты. Время в пути от станции Юго-Западная до станции Кутузовская составляет 33 мин. Время в пути от станции Курская до станции Театральная составляет 10 мин. Время в пути от станции Курская до станции Юго-Западная составляет 32 мин.

13. В сельскохозяйственном кооперативе работают 5 сезонных рабочих. Норма сбора овощей составляет N кг. Оплата труда производится по количеству собранных овощей: k рублей за 1 кг. Известно, что 1-й рабочий собрал овощей в 3 раза больше нормы; 2-й - на 50 кг меньше 1-го; 3-й - в 1,5 раза больше нормы; 4-ый - на 75 кг больше 3-го; 5-ый - на 10 кг больше 1-ого. Составить таблицу, содержащую сведения о количестве собранных овощей каждым рабочим и об оплате труда каждого рабочего.

Транспортная фирма осуществляет перевозки детей в летние оздоровительные лагеря. Фирма располагает автобусами пяти марок с разной вместимостью. Каждый лагерь обычно заказывает автобусы разных марок, чтобы учесть разное количество детей в отрядах. Таблица должна: фиксировать информацию о заказе каждого лагеря; позволять оценить, какое количество детей сможет перевезти каждый лагерь; считать, сколько автобусов заказал каждый лагерь; считать, сколько автобусов каждой марки должна выпустить на линию фирма.

14. В чемпионате по футболу команде за выигрыш дается 3 очка, за проигрыш - 0, за ничью - 1. Известно число очков, полученных командой за каждую из 15 проведенных игр. Определить количество выигрышей, количество проигрышей и количество ничьих этой команды.

Кибернетическая модель управления: управление, обратная связь

1. Задание. В приведённом ниже списке найдите соответствие между управляющим и управляемым объектами и заполните таблицу: оркестр, лошадь, тренер, наездник, актёр, дирижёр, водитель, режиссёр, спортсмен, автобус

Управляющий объект

Управляемый объект

2. Задача. Первоклассник пришёл домой и увидел, что мама оставила ему записку с информацией о том, как разогреть обед:

- открой холодильник,

- достань из холодильника жёлтую кастрюлю,

- поставь кастрюлю на газовую плиту,

- зажги газ,

- подожди 5 минут,

- выключи газ,

- налей из кастрюли суп в тарелку.

К какому типу относится данный алгоритм (с обратной связью или без обратной связи?) Поясните свой ответ.

3. Внесите изменения в алгоритм, приведённый в задаче 2, таким образом, чтобы мама предусмотрела следующие ситуации, когда: а) в холодильнике две жёлтых кастрюли, б) дома нет спичек и нечем зажечь газ, в) газ вообще отключен из-за аварии, г) часы остановились

4. Задание. Моделью химической реакции является уравнение этой реакции:

2КОН + Н2SO4 = K2SO4 +2H2O

Является ли эта модель информационной? _________________

Почему? ___________________

Укажите параметры этой модели ___________________________

Укажите связи. _______________

§2.3 Проверка эффективности разработанной методики

Предложенная методика обучения информационному моделированию в основной школе, было апробировано на базе Государственного образовательного учреждения средней общеобразовательной школы № 1231 им. В.Д.Поленова с углубленным изучением иностранного языка с учащимися 8-9 классов.

Следует отметить, что применение предложенной методики значительно упростило переход от пропедевтического курса к теоретической и практической деятельности учащихся на уроках. Усвоение учащимися теоретических знаний стало более осознанное, прочное и менее формальное.

Такой подход, позволил нам выделить ряд преимуществ:

способствование формированию системного взгляда и целостной информационной картины мира;

Страница:


Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.

© 2000 — 2023, ООО «Олбест» Все права защищены