Использование компьютерных математических пакетов для развития умений информационного моделирования в учебно-исследовательской деятельности старшеклассников

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ДИПЛОМНАЯ РАБОТА

По теме: «Использование компьютерных математических пакетов для развития умений информационного моделирования в учебно-исследовательской деятельности старшеклассников»

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

Глава 1. Основы информационного моделирования

§ 1.1 Моделирование и познание мира

§ 1.2 Понятие и этапы информационного моделирования

§ 1.3 Элементы информационного моделирования в школьном курсе информатики

§ 1.4 Развитие информационной культуры школьников в обучении информатике

Глава 2. Информационное моделирование в учебно-исследовательской деятельности школьников

§ 2.1 Психолого-педагогические аспекты обучения

§ 2.2 Учебно-исследовательская деятельность школьников

§ 2.3 Подходы к обучению информационному моделированию в школьном курсе информатики

§ 2.4 Развитие умений информационного моделированию в учебно-исследовательской деятельности школьников

Заключение

Библиография

ВВЕДЕНИЕ

В этом контексте «образование» - если его трактовать достаточно широко - может открыть колоссальные резервы для развития прежде всего творческих способностей личности. В отличие от традиционного «обучения», «образование» ориентировано на формирование целостного восприятия субъектом мира, достижение многогранности и целостности мышления, адекватного неклассической сложности окружающего мира, создание условий для постоянного пополнения этих знаний, развитие личности через самообразование.

Необходимо подчеркнуть, что фундаментальные знания не могут быть усвоены автоматически, их нельзя пассивно впитать от наставников-преподавателей. Они вырабатываются самой личностью как результат внутренней творческой активности, как продукт эволюции и самоорганизации мышления.

Сегодня существует множество источников и средств получения информации, существует много педагогических технологий, переводящих эту информацию в знания, но есть лишь один путь преобразования знаний в образование. И этот путь лежит через человеческое сознание. Это дает право ученым утверждать, что нет двух одинаковых образований, так как нет двух одинаковых личностей, ибо каждая личность уникальна. «Приоритет человеческой личности - вот главный итог ушедшего века. Приоритет человеческой личности - вот главный императив века настоящего».

Следует отметить, что информационное общество, информационные технологии, их возможности и могущество должны служить формированию индивидуальности, развитию творческих способностей человека. А значит, информационное общество должно быть не только технократическим обществом, а высокого уровня гуманитарным обществом. И поэтому чрезвычайно важно, чтобы в школе был смещен акцент в сторону анализа роли и места человека в информационном обществе: как человек будет жить в этом обществе; что нового и что положительного он воспримет, каким будет его существование и общение с другими людьми. Информационные технологии получат эффективное применение в системе образования только тогда, когда они будут отвечать основным запросам личности и общества.

Для многих средних школ, специализирующихся по физико-математическому и естественно-научному профилю, одним из основных задач является реализация профильно-ориентированного продолжения подготовки школьников по информатике и в примыкающих к ней областям, требующих более специальных знаний. Такие направления в настоящее время развиваются. Это - вычислительная математика, программирование, информационное моделирование, компьютерная графика, информационные системы и другие. В связи с чем, развитие умений информационного моделирования в учебно-исследовательской деятельности школьников с использованием современных информационных технологий является немаловажной составляющей процесса обучения школьников.

Таким образом, вышеотмеченное определяет тему настоящего исследования актуальной.

Целью исследования является выявление фактора развития умений информационного моделированию в учебно-исследовательской деятельности школьников с использованием компьютерный математических пакетов.

Объектом исследования выступает процесс профильного обучения информатике в старших классах средней школы.

Предмет исследования - составляют принципы, содержание, организационные формы и методы профильного обучения информационному моделированию в процессе обучения информатике старшеклассников.

Гипотеза исследования заключается в том, что в процессе в учебно-исследовательской деятельности с использованием компьютерный математических пакетов школьники глубже осознают место математического моделирования и информационного моделирования в человеческом познании, повышается интерес к математическим и естественно-научным знаниям.

Цель, предмет и гипотеза исследования определили постановку и необходимость решения следующих задач:

1) проанализировать понятие и типы информационного моделирования;

2) проанализировать подходы к обучению школьников информационному моделированию;

3) проанализировать понятие учебно-исследовательской деятельности школьников;

4) выявить факторы развития умений информационного моделированию в учебно-исследовательской деятельности школьников;

5) выявить роль компьютерных математических пакетов в развитии информационной культуры школьников.

Теоретическая значимость проведенного исследования заключается в выявлении факторов развития умений информационного моделированию в учебно-исследовательской деятельности школьников.

Практическая значимость полученных результатов заключается в том, что:

1) описаны подходы к обучению школьников информационному моделированию;

2) описана роль компьютерных математических пакетов в развитии информационной культуры школьников.

ГЛАВА 1

ОСНОВЫ ИНФОРМАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

информационное моделирование обучение компьютерный

§ 1.1 Моделирование и познание мира

В данном параграфе выявлена фундаментальная роль информации в общественном развитии, представлен анализ такого социокультурного явления, как информатизация общества, повлекшего возникновение противоречий в области образования и педагогической науки. Анализируются понятия «модель», «моделирование», «информационное моделирование».

Интерес философии и методологии познания к теме моделирования растет. Это вызвано тем значением, которое метод моделирования получил в науке в конце прошлого века. Многочисленные факты, свидетельствующие о широком применении его в исследованиях гуманитарных, социальных, экономических, противоречия, которые при этом возникают, потребовали глубокого теоретического осмысления данного метода.

Исследование гносеологического значения моделирования лежит в определении понятия «модель» (от лат. modelium - мера, образ, способ и т.д.). Его первоначальное значение было связано со строительным искусством, и почти во всех европейских языках оно употреблялось для обозначения образа или прообраза, или вещи, сходной в каком-то отношении с другой. Модель использовалась как изоморфная теория, но после создания Декартом и Ферма аналитической геометрии геометрической моделью стало понятие, подразумевающее теорию, которая обладает структурным подобием по отношению к другой теории. Две теории назвали изоморфными, если одна из них выступает как модель другой, и наоборот.

С другой стороны, в таких науках о природе, как астрономия, механика, физика, химия, термин «модель» стал применяться для обозначения того, к чему данная теория относится или может относиться, того, что она описывает. Здесь со словом «модель» связаны два близких, но несколько различных значения понятия: узкое и широкое. Под моделью в широком смысле понимают мысленно или практически созданную структуру, воспроизводящую часть действий в упрощенной и наглядной форме. Модель в этом смысле выступает как некоторая идеализация, упрощение действительности, хотя сам характер и степень упрощения, вносимые моделью, могут со временем меняться. В более узком смысле термин «модель» применяют тогда, когда хотят изобразить некоторую область явлений с помощью другой, лучше изученной, легче понимаемой.

Таким образом, необходимо иметь в виду, что в этих двух случаях под моделью понимается в широком смысле конкретный образ изучаемого объекта, в котором отображаются реальные или предполагаемые свойства, строение либо другой объект, реально существующий наряду с изучаемым и сходный с ним в отношении некоторых определенных свойств или структурных особенностей. В узком смысле модель - не теория, а то, что описывается теорией, - своеобразный предмет данной теории. Термин «модель» в реальной жизни имеет множества значений (многозначен). Моделью мы называем и некую уменьшенную копию какого-то предмета (модель самолета, макет застройки жилого района, муляж яблока), и математическую формулу (модель полета тела, брошенного под углом к горизонту, модель расчета заработной платы), и схему физического явления (модель движения планет Солнечной системы, модель работы двигателя внутреннего сгорания), и описание последовательности действий (модель сборки изделия, модель разбора предложения по составу), и образец для подражания (фотомодель), и эталон чего-нибудь (модель метра, модель килограмма). Существуют и различные определения понятия «модель» в силу его многозначности (см. рис.1).

Под моделью понимается такая мысленно представляемая или материально реализуемая система, которая, отображая или воспроизводя объект исследования, способна замещать его так, что ее изучение дает нам новую информацию об этом объекте [31].

Рис. 1. Модели в классификации В. А. Штоффа

При рассмотрении моделей и процесса моделирования исходят из того, что общим свойством всех моделей является их способность отображать действительность. Модель рассматривается как новый объект (материальный, информационный или воображаемый), отличный от исходного, который обладает существенными для целей моделирования свойствами и в рамках этих целей полностью заменяет исходный объект; как способ существования знаний. В зависимости от того, какими средствами, при каких условиях, по отношению к каким объектам познания это их общее свойство реализуется, возникает большое разнообразие моделей, а вместе с ним и проблема классификации моделей.

В литературе, посвященной философским аспектам моделирования, представлены различные классификационные признаки, по которым выделены различные типы моделей. Остановимся на некоторых из них. Например, выделяют такие признаки, как способ построения (форма модели), качественная специфика (содержание модели) [31].

По способу построения модели бывают материальные и идеальные. Материальные модели, несмотря на то, что они созданы человеком, существуют объективно. Их назначение специфическое -- воспроизведение структуры, характера протекания, сущности изучаемого процесса; отражение пространственных свойств, динамики изучаемых процессов, зависимости и связи. Материальные модели неразрывно связаны с объектами отношением аналогии. Все материальные модели неразрывно связаны с воображаемыми (даже прежде чем что-либо построить - сначала необходимо теоретическое представление, обоснование). Например, образы, схемы, знак остаются мысленными даже в том случае, если они воплощены в какой-либо материальной форме. Большинство этих моделей не претендует на материальное воплощение.

Рассмотрим модели, положив в основание способ их реализации. Здесь выделяются: образные, построенные из чувственно-наглядных элементов; знаковые, в которых элементы отношения и свойства моделируемых явлений выражены при помощи определенных знаков; смешанные, сочетающие свойства и образных, и знаковых моделей.

Достоинство данной классификации в том, что она дает хорошую основу для анализа двух основных функций модели: практической (в качестве орудия и средства научного эксперимента); теоретической (в качестве специфического образа действительности, в котором содержатся элементы логического и чувственного, общего и единичного).

Остановимся на понятии «моделирование». Философия определяет его как метод исследования объектов познания на их моделях; построение и изучение моделей реально существующих предметов и явлений, конструируемых объектов для определения либо улучшения их характеристик, рационализации способов их построения, управления и т.п. [32]. Во многих дискуссиях, посвященных гносеологической роли и методологическому значению моделирования, термин «моделирование» употреблялся как синоним познания, теории, гипотезы и т.п. Понятие моделирования является гносеологической категорией, характеризующей один из важных путей познания. Возможность моделирования, т.е. переноса результатов, полученных в ходе построения и исследования моделей, на оригинал, основана на том, что модель в определенном смысле отображает (воспроизводит, моделирует) какие-либо его черты; при этом такое отображение (и связанная с ним идея подобия) основано, явно или неявно, на точных понятиях изоморфизма или гомоморфизма (или их обобщениях) между изучаемым объектом и некоторым другим объектом -- «оригиналом» и часто осуществляется путем предварительного исследования (теоретического или экспериментального) того и другого. Поэтому для успешного моделирования полезно наличие уже сложившихся теорий исследуемых явлений или хотя бы удовлетворительно обоснованных теорий и гипотез, указывающих предельно допустимые при построении моделей упрощения.

Результативность моделирования значительно возрастает, если при построении моделей и переносе результатов с модели на оригинал можно воспользоваться некоторой теорией, уточняющей связанную с используемой процедурой моделирования идею подобия.

Анализ исследований позволяет утверждать, что потребность в моделировании возникает в таких сферах человеческой деятельности, как познание, общение (в широком смысле слова), практическая деятельность [1, 4, 28, 33].

Аспектами моделирования могут быть внешний вид, структура, поведение объекта моделирования, а также их всевозможные комбинации.

Итак, можно говорить о моделировании как о методологической основе современной науки, как об инструменте любой познавательной деятельности, как о важном дидактическом средстве, а процесс познания рассматривать как моделирование особого рода. При моделировании создается объект-модель, работая с которым значительно проще исследовать свойства оригинала, чем при непосредственном его рассмотрении.

Понятие «модель» в неявном виде давно используется практически во всех учебных дисциплинах, но только в последние годы сложились благоприятные условия для целенаправленного изучения общих свойств моделей и методов их построения. С точки зрения дидактики вполне уместным является утверждение Ю. А. Шрейдера о том, что знание - это не только модель действительности, но и знания об этой модели и условиях её применения [34].

Модели выступают «посредниками» между субъектом и познаваемым фрагментом природы. Построение моделей есть творческий процесс. Он включает единство анализа и синтеза и значительную долю научной фантазии. Построение модели, будучи своеобразной формой абстрагирования и обобщения, невозможно без фантазии, без деятельности, которая в психологии называется творческим воображением. В фантазии, в творческом воображении особенно отчетливо проявляется активность человеческого сознания и познания действительности, связанного с предшествующей и последующей практикой, предметной действительностью, преобразующей внешний мир. Научный характер фантазии, воплощенной в моделях, зависит от ее связи с практикой и с имеющимися научными данными -- экспериментом и теорией.

Исходя из того, что модель является одной из форм познания, специфическим средством отображения материального мира человеком, будем считать, что специфика этой формы познания во многом определяется характером модели, т.е. зависит от того, с каким видом моделей имеет дело познающий субъект, пользуется ли он материальными или идеальными, мыслительными моделями, образными или знаковыми, применяет ли он их в математике или химии, логике или социологии.

Прежде всего, возникает вопрос о том, как, благодаря каким свойствам модель выполняет свою функцию, свое назначение - быть отображением действительности. Для ответа на этот вопрос необходимо указать на одно из самых существенных свойств модели, а именно аналогию. Модели во всех случаях выступают как аналогии. Это значит, что модель и отображаемый при ее помощи объект находятся в отношении сходства. Модель в каком-то одном отношении подобна моделируемой системе, а в другом отношении отлична и притом обязательно отлична от этой системы. Более того, существование каких-то определенных различий между моделью и оригиналом является непременным условием тех функций в познании, которые она выполняет. Именно потому, что она отлична от оригинала, создается возможность выделять определенные существенные связи и отношения, подсказывать определенные решения, более легко и доступно видоизменять условия - словом, действовать с моделью так, как нельзя или затруднительно действовать с оригиналом. Но, с другой стороны, чрезмерные различия между моделью и оригиналом также лишают модель ее познавательного значения. Слишком хорошая модель бесплодна, слишком отдаленная модель вводит в заблуждение [35].

В целом процесс, характеризуемый соединением абстрагирования, обобщения и творческого воображения, может быть назван идеализацией, а модели, являющиеся результатом этого процесса, его выражением и следствием одновременно, суть идеализированные образы. Проблема наглядности теории есть проблема построения моделей для данной теории. Однако модель - это не только наглядное и не только единичное, конкретное.

В модели мы обнаруживаем соединенными воедино два различных и противоположных момента:

1. Абстрактное как результат процесса отвлечения от несущественных сторон изучаемого явления;

2. Конкретное как сохраненные остатки целостного чувственно- конкретного образа явления, которое используется в качестве модели.

С этой парой противоположностей связана другая: в модели содержится логический и знаковый формализм, определенные содержательные теории, законы, свойства и другие ненаглядные моменты. Но эти моменты воплощены в наглядной форме образов или символов (в частности, чертежей, схем, структурных и других формул). Модель, следовательно, выступает как единство противоположных сторон - абстрактного и конкретного, логического и чувственного, ненаглядного и наглядного. В то время как в теоретическом мышлении преимущественно выступает одна сторона, в чувственных восприятиях и наблюдении - другая, в модели они связаны воедино, и в этой связи - специфика модели и одна из ее важнейших гносеологических функций. Так как наше познание внешнего мира своим источником имеет данные органов чувств, получаемые в результате наблюдения, эксперимента, практики, то модель выступает в качестве промежуточного, связующего звена между теоретическим мышлением и объективной действительностью, данной нам в чувственном знании, эксперименте, практике.

Связи и отношения между элементами системы, выступающей как модель, не произвольны и случайны, а основаны на знании объективных законов и необходимых связей области явлений, из которой взята эта модель. Это значит, что хотя система, воплощаемая в идеальной модели, может реально и не существовать, но ее существование возможно, так как она построена в соответствии с объективно существующими законами. В качестве интерпретации или промежуточного звена между теорией и действительностью идеальная модель «работает» в двух направлениях: от действительности и наблюдаемых явлений к теории и от теории - к наблюдаемым явлениям и к действительности.

В первом из этих двух направлений модель выступает как составная часть рождающейся из эксперимента, из опытных фактов новой теории или гипотезы. И здесь она служит интерпретацией этих фактов в том смысле, что представляет собой более или менее наглядное воспроизведение в сознании возможного «механизма», возможного протекания и структуры наблюдаемого явления. С другой стороны, модель в качестве интерпретации появляется на пути от теории (дедуктивной теории, математической гипотезы) к действительности. В этой своей функции модель представляет собой некоторое более или менее удачное упрощение действительности или менее глубокое проникновение в нее.

С основной функцией модели связаны и другие ее функции. Ввиду того что модель отличается в той или иной степени наглядностью, она выступает в качестве вспомогательного средства для ознакомления, усвоения и понимания новой области явлений. В этой своей роли она помогает в процессе обучения и преподавания установить связь между чувственным и логическим, наметить переход от конкретного, данного в представлении, к научным абстракциям и, наоборот, подкрепить абстрактное, понятийное мышление более привычными и обычными чувственно-наглядными образами. Здесь модель часто является средством иллюстрации. Эту функцию выполняют так называемые демонстративные модели, широко применяемые в педагогической практике и обеспечивающие наглядность в обучении.

Из значения модели как аналогии вытекает другая весьма важная для познания - эвристическая функция. Это значит, что моделям принадлежит известная роль в научном открытии. Г. Лоренц в своей книге [21], признавая безуспешность механического объяснения явлений, отмечал, что механические модели все же сохраняют некоторое значение, помогают нам думать о явлениях и могут явиться источником идей для новых исследований.

Можно также охарактеризовать и роль модели в объяснении явлений. Модель выполняет определенную функцию в объяснении явлений лишь в сочетании с другими формами и методами познания - теорией и экспериментом. Таким образом, уточняется место модели в цепи, связывающей теорию с действительностью: теория - идеальная модель - материальная модель - эксперимент (практика) - действительность. Функция модели как момента (или звена) практической проверки теории.

В контексте исследования следует отметить, что в современной науке все большее значение приобретает такое толкование слова «модель», при котором основное внимание уделяется моделированию скрытых внутренних свойств объекта. Подобные модели существуют обычно лишь в описаниях и, как правило, не нуждаются в изготовлении их в виде тех или иных физически ощутимых объектов. Так, говоря о модели атомного ядра, современный физик вовсе не предполагает, что речь идет о демонстрационной модели, изготовленной из дерева или металла, которую можно подержать в руках, измерить, взвесить и т.п. Под моделью ядра он понимает прежде всего совокупность научных гипотез о строении ядра, позволяющих не только правильно описать то, что уже известно об этом предмете, но и предсказать новые, еще не открытые наукой факты.

Итак, моделирование любого объекта в подобном смысле - не что иное, как фиксация того или иного уровня познания этого объекта, позволяющая описывать не только его строение, но и предсказывать (с той или иной степенью приближения) его поведение. В отличие от обычного физического моделирования подобное моделирование естественно называть информационным, подчеркивая тем самым, что речь идет об информации о данном объекте, имеющейся в нашем распоряжении.

Будучи органической составной частью процесса познания, информационное моделирование дает представление о сущности любых явлений и процессов. Средством фиксации конкретной информационной модели являются языки, причем не только те человеческие языки, которые изучаются традиционным языкознанием, но и любые искусственные языки, строящиеся в процессе накопления и передачи знаний (например, символический язык алгебры или язык чертежей).

Как известно, абстрактный характер теоретических построений в современных науках и появление специальных языков - это свидетельство развития познания от непосредственного контакта с окружающей человека действительностью к опосредованному ее освоению, которое совершается, в частности, с помощью построения модели и средств моделирования [31, 11]. При этом не только научное познание, но и процесс обучения базируется на использовании методов информационного моделирования, так как любая передача знаний подразумевает их описание на том или ином языке и представление в той или иной форме. Этот вывод чрезвычайно важен для педагогики: наши знания о реальном мире - это множество информационных моделей.

В обучении важное место занимает такой класс моделей, как информационные модели (всевозможные формулы, графики, словесные описания, таблицы, формулировки законов, алгоритмы и др.). Зафиксированная в том или ином языке, информационная модель сама по себе мертва, будучи представлена сама себе, она не способна дать большее число выводов о поведении смоделированного объекта, чем те выводы, которые были в ней зафиксированы с самого начала [33].

Для перехода от подобной, статичной в своей основе модели к модели динамичной, раскрывающей все свое истинное содержание, необходимо еще некоторое активное начало. Мозг человека, овладевшего этой моделью, может служить таким началом. Действительно, овладев, например, уравнениями механики и способами их решения, человек (если он располагает достаточно большим временем) может мысленно проследить все стадии движения любой механической системы, например, движущейся ракеты. При этом в его голове как бы возникает и реализуется динамическая информационная модель соответствующей системы. Человеческий мозг осуществляет не только статическое запоминание информации о заданной ему модели, но и преобразует эту информацию в соответствии с теми или иными правилами преобразования, заложенными в эту модель [28]. Именно в наличии подобных преобразований, думается, заключается различие между старой (статической) моделью и ее новым (динамическим) воплощением.

При таком подходе мозг человека может рассматриваться как универсальный инструмент динамического информационного моделирования. Отдавая должное огромным возможностям мозга как инструмента для информационного моделирования, ученые предупреждают, что нельзя не видеть и ряд существенных ограничений, например недостаточную скорость его работы. Желая восполнить эту ограниченность, человек начал создавать различного рода автоматические устройства для реализации тех или иных информационных моделей. Однако принципиально новый шаг был сделан лишь с созданием компьютера.

Применительно к исследуемой проблеме важно подчеркнуть, что современная культура характеризуется все более углубляющейся интеграцией, несет в себе энергию и силу диалога человека. Современная культура ориентирована на самоценность человека, его уникальность, на настоящее. В связи с этим в современной культуре формируется новый тип рациональности. Прецедент любого явления приобретает огромное значение: умение понять новое, появившееся здесь и сейчас, а главное, оценить, и если это новое значительно, умение вписать его в свою деятельность. Необходима способность человека не только видеть типичное в явлениях и событиях, но и понимать особенное и индивидуальное, не отбрасывая последнее в процессе познания. Ее развитие базируется на познавательной способности определять границу значимого и не значимого, выявлять ценность. И здесь умения информационного моделирования могут сыграть важную роль.

«Мышление» в философии трактуется как обобщенное отражение, как «обходной» путь к постижению вещи, связанной с созданием идеализации, абстракций, допущений, гипотез, целых конструкций, призванных ухватить в конечном итоге суть вещей.

Мышление есть познавательная деятельность человека по выявлению скрытых особенностей объекта [28]. Это позволило определить информационное моделирование через понятия, входящие в него: информация, модель, моделирование.

Информационное моделирование определяется как особый вид отражения объективной действительности, в ходе которого субъект на основе целеполагания, системного анализа, понимания процессов обработки и преобразования информации, формализации выражает информацию на одном из языков кодирования.

Информатизация общества предопределяет коренные преобразования в системе образования, позволяя утверждать о наличии связи проблем образования с проблематикой периода освоения информационной картины мира, осознания единства законов функционирования информации в природе и обществе, практического их применения, создания индустрии производства и обработки информации, то есть того направления, которое получило в науке наименование информационного моделирования, а в педагогике определилось как одно из направлений исследований, базу которого составляет проблема формирования у молодежи умений информационного моделирования. Проблема чрезвычайно важна для педагогики. Ее решение будет способствовать превращению учебного процесса в учебно-познавательный, повышению информационной культуры учащихся, компонентом которой выступает структурно-модельное мышление.

§ 1.2 Понятие и этапы информационного моделирования

При определении понятия «умения» исходными являются основные положения теории деятельности, лежащие в её основе принципы единства внешних и внутренних процессов (Л. С. Выготский, А. Н. Леонтьев).

В педагогической энциклопедии понятие «умение» определяется как « …освоенные человеком способы выполнения действия, обеспечиваемые совокупностью приобретённых знаний и навыков… » [ 17, с. 491].

Анализ психолого-педагогической литературы показал, что проблема формирования умений до сих пор вызывает дискуссии среди ученых. Это свидетельствует об отсутствии единого подхода во взглядах на данный вопрос.

Н.Д. Левитов под умением понимает «… успешное выполнение действия или более сложной деятельности с выбором и применением правильных приемов работы с учетом определенных условий…» [17, с. 121]. Н.А. Рыков указывает на то, что «… навык есть тоже умение, но умение, усовершенствованное в результате повторения и тренировки тех или иных действий…» [28, с. 65]. Сущность еще одного подхода представлена Е.А. Милеряном. Он рассматривает умение как «…основанную на знаниях и навыках способность человека успешно достигать сознательно поставленной цели…» [23, с. 54]. Особо важным для нас в исследованиях Е.А. Милеряна является положение о том, что в процессе формирования умений человеческий потенциал находит свою реализацию, и умение становится важным средством индивидуального развития.

Умение выступает в качестве отдельной деятельности, направленной на достижение определенной цели (В.В. Давыдов, К.К. Платонов), как способность к целенаправленной и результативной деятельности (Н.А. Лошкарёва, А.М. Новиков, А.В. Усова, Д.Б. Эльконин), как «качество личности» (О.А. Абдуллина).

Однако при всём многообразии точек зрения авторы сходятся во мнении, что умение - готовность личности к практическим и теоретическим действиям, выполняемым быстро, точно, сознательно, на основе усвоенных знаний и жизненного опыта.

Более подходящее значение этого термина по К.К. Платонову: умение - это способность устанавливать взаимоотношения между целью деятельности, условиями и способами её выполнения [26] и А.Н. Леонтьеву, который считает, что умение - процесс, последовательность действий, отдельная деятельность, входящая в состав специальной (профессиональной) деятельности человека, сложное устойчивое образование, сплав системы знаний и навыков [21]. Это способ деятельности человека; психическое свойство личности, ставшее внутренней возможностью наиболее успешного выполнения деятельности, способность. Эти подходы к сущности умений взаимосвязаны: умение формируется в деятельности, определяя её объективными и субъективными специфическими особенностями. Умение проявляет себя как способность человека к целенаправленной деятельности и является важнейшей качественной характеристикой личности. В умении сочетаются чувственные, интеллектуальные, волевые, эмоциональные качества личности, формирующиеся и проявляющиеся в сознательном, целесообразном, успешном осуществлении системы мыслительных, волевых, сенсомоторных и других действий, обеспечивающих достижение поставленной цели.

Умения, выделяемые в современной педагогической науке, весьма многообразны по своей природе. В литературе неоднократно делались попытки классифицировать умения, формируемые в процессе обучения.

При самой общей классификации они могут быть представлены в двух общих областях:

· «простые и специальные» (Г. И. Щукина) [36];

· «сложные и обобщенные» (Г. И. Щукина) [36];

· «умение-мастерство» (К. К. Платонов) [26].

Особую значимость представляет система Т.И. Шамовой. Автор вычленяет интеллектуальные, общие и социальные умения, называя их способами учения. К интеллектуальным умениям ученый относит, в частности, овладения мыслительными операциями: сравнения, анализа, синтеза, обобщения, сопоставления и др. В группу общих учебных умений автор включает умения планировать познавательную деятельность, рационально ее организовывать, контролировать её выполнение [32].

Умения информационного моделирования относится к общеучебным (межпредметным), познавательным. Они связаны с процессом познания, его совершенствованием. В связи с увеличением в современном образовании доли фундаментального знания, абстрактного во всех учебных дисциплинах, возрастает роль умений по построению и исследованию информационных моделей (схем, таблиц, чертежей, формул, программ, алгоритмов и т.д.). Интеллектуальные умения представляют собой ядро учебной деятельности и состоят в овладении учащимися способами мыслительной деятельности. К ним следует отнести организационно-познавательные умения (умения работать с учебными пособиями и другими источниками информации). Следует принять за основу сочетание нескольких видов умений.

Интеллектуальные умения состоят в овладении субъектом следующими способами мыслительной деятельности: анализ, синтез, сравнение, абстрагирование, обобщение, конкретизация.

Информационные умения состоят в овладении субъектом способами самостоятельного приобретения знаний, новой и дополнительной информации, а также способами смысловой переработки, запоминания, хранения и передачи информации.

Исследовательские умения состоят в овладении субъектом способами исследовательской деятельности: анализ явлений, процессов, их связей и отношений, формулировка задачи; формулировка конечной и промежуточных целей выполнения исследовательского задания; предвидение результатов исследования задания; планирование деятельности по выполнению эксперимента; взаимоконтроль и самоконтроль на всех этапах деятельности; анализ и оценка результата; оформление хода выполнения задания и результатов; формулировка выводов.

Умения информационного моделирования предполагают: восприятие информации об объекте (выбор объекта моделирования, постановка цели моделирования, системный анализ объекта моделирования); выражение информации об объекте в знаковых конструкциях (выбор формы представления модели, формализация); оценку модели (анализ модели на непротиворечивость, адекватность объекту и цели моделирования).

Умения информационного моделирования входят во все группы умений: методологических, организационных, интеллектуальных, информационных, коммуникативных и др., определяют их качество и служат показателем способности индивида к интеллектуальному творчеству.

Логика данной работы требует рассмотрения структуры деятельности информационного моделирования как пространства формирования умений. В философии деятельность трактуется как специфическая форма взаимодействия субъекта с окружающей средой, включающая в себя потребность, мотив, цель, средство, действие (процесс становления умений), результат, оценку. В психологическом отношении деятельность информационного моделирования тождественна любой другой деятельности. Она имеет определенную цель и управляется мотивом или системой мотивов. Деятельность характеризуется определенным мотивом и определенной целью, -- отмечал А. Н. Леонтьев. Она состоит из последовательных действий -- таких компонентов деятельности, которые характеризуются самостоятельной, промежуточной целью. Все, что мы говорим в обыденной жизни, мы говорим почему-то (мотив) и зачем-то (цель).

В действиях информационного моделирования заключены процессы, подчиняющиеся сознательным целям, а операции зависят от условий достижения конкретной цели.

У С.Л. Рубинштейна в качестве мотива деятельности выступает стремление испытать и выявить свои силы и способности. Мотивация личности выступает как выработка субъектом своей позиции, отношения к задаче, возможных путей ее решения на основе коренных отношений личности. Борьба мотивов в данном случае выражает не противоречивость личностных стремлений, а сложность отношений субъекта с учебной задачей как моделью реальной действительности.

В педагогике, в отличие от методики, ставится задача обеспечения мотива представления знаний, известной информации в специальном виде. При решении учебной задачи деятельность по информационному моделированию своей мотивационной и целевой сторонами чаще всего включается в другие виды деятельности: познавательную, трудовую. Четкое соотношение мотива и цели важно для любого вида деятельности, а для информационного моделирования в педагогическом процессе - особенно. Если происходит «сдвиг мотива на цель», их совпадение, то эффект деятельности неизмеримо повышается. В противном случае полноценной деятельности может не получиться, ведь всякая цель объективно существует в некоторой предметной ситуации. Даже если человек представляет себе цель отдельно от ситуации, его действия не могут абстрагироваться от нее.

Мотивом деятельности, в которую включают отдельное учебное действие, определяют то, что на самом деле сознает обучаемый в предлагаемом материале; то как он сознает; то, какой смысл для него имеет все приобретаемое в обучении. Только при правильной организации деятельности, когда необходимо не просто объяснить, преподать учебный материал, но и поставить перед ним соответствующую задачу, возникает действие для ее решения, причем подлежащий усвоению материал должен занять в этом действии структурное место цели.

Для деятельности информационного моделирования, как и для любой другой, важно, чтобы возникала активная внутренняя деятельность. Очевидно, что деятельность информационного моделирования регулируется при условии интереса, эмоциональной актуальности поставленной задачи. Проблема эмоций непосредственно связана с проблемой смысла деятельности информационного моделирования. Эмоции, возникающие во время выполнения какого-либо действия информационного моделирования, влияют непосредственно на итог действий. Создание благоприятной эмоциональной атмосферы при деятельности информационного моделирования выступало одним из существенных условий формирования умений информационного моделирования.

Дальнейшая логика позволяет подойти к вопросу о структуре и о предметном содержании деятельности информационного моделирования, в которых находятся источники учебных задач. Структура деятельности информационного моделирования определяется тремя уровнями своего строения.

Первый уровень, мотивационно-побудительный, представлен сложным взаимодействием потребностей, мотивов и цели деятельности информационного моделирования как будущего его результата. На этом уровне перед преподавателем возникает задача создания, поддержания и повышения мотивации обучения информационному моделированию. Выполнение этой задачи предполагает создание ситуации, стимулирующей возникновение и развитие потребности обучающегося получить новые знания об объекте. Предполагается, что и сам преподаватель должен организовать интересный предмет деятельности (т.е. смысловое содержание темы, ситуации, проблемы), который личностно значим для учащихся, эмоционально окрашен.

Второй уровень, ориентировочно-исследовательский, включает наряду с исследованием условий деятельности, выделением предмета также привлечение и отбор средств формирования и развития собственной или чужой мысли в процессе деятельности информационного моделирования.

Третий уровень деятельности информационного моделирования - исполнительный или реализующий.

Знание структуры, строения деятельности информационного моделирования существенно, поскольку позволяет более точно управлять формированием умений, осознанно анализировать ошибочные действия, соотнося их с определенным уровнем деятельности. В целом такое знание помогает эффективнее организовать обучение всем видам учебных задач по формированию умений информационного моделирования. Наряду со структурной организацией деятельность информационного моделирования характеризуется предметным содержанием. В него включены такие компоненты, как предмет, средства и способы деятельности информационного моделирования, продукт и результат. Исходя из общей теории деятельности, предметом информационного моделирования является моделируемый объект, представляющий собой сложную структуру разнопорядковых смысловых отношений, связей; средством деятельности -- знаковая система, логические формулы, специальные структуры данных и специальные языки программирования. Важно соблюдать требование, чтобы они усваивались именно как средства решения определенной мыслительной задачи.

Не менее значимым элементом предметного содержания деятельности являются её продукт и результат. В деятельности информационного моделирования в качестве первого выступает информационная модель, второго - ответная реакция других на продукт этой деятельности.

Рассмотрим содержание понятия «действие». Это необходимо потому, что умение предполагает целенаправленное осуществление определенных действий. Представление о действии как специфической единице человеческой деятельности в отечественной науке введено С.Л. Рубинштейном и А.Н. Леонтьевым.

Действие - единица деятельности, произвольная преднамеренная опосредованная активность, направленная на достижение осознаваемой цели. Понятие действия в качестве единицы анализа и предмета исследования используется при изучении исполнительных, мнемонических, умственных, творческих и других действий. Овладевая действием, субъект превращает его в «личностное», принадлежащее ему самому. В каждом действии выделяются его ориентировочные, исполнительные и контрольные части.

По способу функционирования действия являются произвольными и преднамеренными. Преднамеренность действия возникает в силу принятия субъектом решения о том, что образ будущего результата действия отвечает мотиву его деятельности; тогда этот образ действия приобретает для субъекта личностный смысл и выступает для него как цель действия. При наличии намерения у субъекта возникает целевая установка - готовность к достижению результата действия. В процессе действия могут образовываться новые цели, может измениться место действия в структуре деятельности [21, 27].

По А.Н. Леонтьеву, действие может превращаться в операцию, если неоднократно достигаемая цель, устойчиво связываясь со способом её достижения, перестает вследствие автоматизации действия осознаваться и оказываться в структуре деятельности условием выполнения другого действия (механизм «сдвига цели на условие»). Начав выполнять действие ради тех или иных мотивов, субъект может затем выполнять действие ради него самого. Тогда происходит «сдвиг мотива на цель», действие становится самостоятельной деятельностью [21].

Мы рассматриваем действие как составную часть умений информационного моделирования. Совокупность определённых действий может привести к умению, поскольку действие -- это акт целенаправленной деятельности человека, регулируемый осознанием ожидаемого результата, условий и путей его достижения; действие определяется целью, на достижение которой оно направлено, и мотивом, побуждающим человека стремиться к данной цели; в целенаправленности действия обнаруживается специфическая роль сознательного отражения действительности, сознание дает человеку возможность подчинять свои действия возникающим представлениям и понятиям, а также действовать мысленно, «в уме»; цель действия может быть дана в виде образа, непосредственно воспринимаемого объекта или представления, мысли о нём.

Действие включает в себя ряд операций, отдельных движений, посредством которых оно осуществляется. Характер действия зависит от предметного содержания той деятельности, компонентом которой оно является, и определяется её целями и мотивами. Конечная цель деятельности достигается обычно посредством ряда последовательно связанных между собой действий, каждое из которых направлено на достижение частной цели.

Всякое сознательное действие представляет собой единство познания и исполнения. Познавательная сторона действия приводит его в соответствие с объективными условиями. Осознание условий в самом ходе действий осуществляется в виде ощущений, восприятия, мышления, чувств и пр.; регулирует процесс его протекания. Анализируя ход действий и сопоставляя полученный результат с заданной целью, человек контролирует своё действие, отдавая себе отчёт о нём. В течение жизни человек усваивает общественно выработанные действия (учебные, трудовые и др.).

Действия бывают практическими и познавательными. Они различаются по способам выполнения и результатам. Практическим называется действие, если оно вызывает какое-то изменение в реальной действительности. Познавательное действие приводит к возникновению нового образа, представления, мысли: по своему содержанию оно может быть сенсорным, мнемоническим, репродуктивным, мыслительным и т.д.

Во многих видах деятельности человека познавательные и практические действия переплетаются. Действие, выполняемое в соответствии с пониманием какого-либо теоретического положения, является важным критерием действительного понимания этого положения. Сочетание интеллектуальных и практических действий имеет большое значение для формирования умений информационного моделирования.

С другими умениями умения информационного моделирования роднят следующие черты: характер умения, который предполагает всегда сознательное установление ценностных взаимоотношений между целью деятельности, способами и условиями её выполнения; структура умения, представляющая собой совокупность различных знаний и навыков; механизм реализации -- самостоятельный перенос известных способов деятельности в новые условия.

Этот взгляд стал основой методологии формирования и умений информационного моделирования у школьников. На первом этапе происходит отделение информации от реального объекта, фиксируется существенная информация, отбрасывается несущественная: совершается первый шаг абстракции. С этих операций начинается любое научное познание. Преобразование информации определяется решаемой учебной задачей. Информация, существенная для одной задачи, может оказаться несущественной для другой. Потеря существенной информации приводит к неверному решению или не позволяет получить решение. Учет несущественной информации вызывает неоправданные сложности, иногда создает непреодолимые препятствия на пути к решению. Переход от реального объекта к информации о нем бывает осмыслен только тогда, когда «поставлена» учебная задача. В то же время постановка учебной задачи уточняется по мере изучения объекта.

Таким образом, на первом этапе параллельно идут процессы целенаправленного познания объекта и уточнения учебных задач. Деятельность студента на первом этапе наименее формализуема и алгоритмизируема. По существу, первый этап относится к той области, в которой ставится задача. Это предъявляет определенные требования к выбору моделируемых объектов, используемых в учебном курсе. Возможны два варианта учебной деятельности.

В первом школьники начинают моделирование с того момента, когда информация о моделируемом объекте выделена и зафиксирована, а задача точно поставлена. Подобный подход применяется в курсе математики при решении так называемых текстовых задач.