Место и значение компьютерного моделирования в школьном курсе информатики. Современные проблемы науки и образования Применение компьютерного моделирования в процессе обучения

Магистрант

Мордовский Государственный Педагогический Институт имени М.Е. Евсевьева

Кафедра информатики и вычислительной техники

Сафонов В.И., кандидат физико-математических наук, доцент кафедры информатики и вычислительной техники

Аннотация:

The article shows the importance of modeling in school course in Informatics. Demonstrated modeling and classification models shown software and interactive environment for the realization of computer simulation.

Ключевые слова:

моделирование; информатика; формализация; модель; математическая модель; математическое моделирование.

modeling; computer science; formalization; model; mathematical model; mathematical modeling.

УДК 004

Изучение моделирования является значимым аспектом подготовки школьников. Необходимо рассматривать моделирование как способ развития мышления школьника, и кроме того, как инструмент для решения различных задач. Моделирование - это важный метод научного познания. В различных предметах, помимо информатики изучается моделирование, например, в математике, физике, биологии, химии и т.д. Однако непосредственно на уроках информатики рассматриваются ступени построения модели, проверка модели, создание моделей в разнообразных компьютерных программах .

Практически все темы школьного курса информатики имеют отношение к моделированию, в том числе такие, как алгоритмизация и программирование. Авторы учебников информатики полагают, что важнейшей задачей при обучении моделированию является формирование умения анализировать и строить модели. Однако данные умения нужны и в других разделах информатики, например, «Информационные процессы». Таким образом, моделирование присутствует во многих разделах курса информатики, являясь основополагающим при изучении школьного курса информатики.

В курсе информатики изучаются не только математические модели, но и информационные, к которым относятся рисунки, таблицы, программы, алгоритмы, что придает информатике межпредметный характер.

Модель - это упрощенное сходство реального объекта или процесса. Ключевым понятием в моделировании считается цель. Цель моделирования - это назначение будущей модели. Цель определяет свойства объекта-оригинала, которые должны быть воспроизведены в модели. Моделировать можно как материальные объекты, так и процессы. Информационная модель - это описание объекта моделирования. По признаку представления модели делятся на табличные, графические, объектно-информационные и математические.

Формализация - это замена реального объекта или процесса его формальным описанием, т.е. его информационной моделью. Содержательная линия темы моделирования выполняет важнейшую задачу: развитие системного мышления учащихся.

Электронные таблицы - это самая распространенная и удобная инструментальная среда для решения задач математического моделирования. Математическая модель - это описание состояния поведения какой-либо реальной системы (процесса, объекта) на языке математики, т.е. с помощью формул, уравнений и других математических соотношений. Осуществление математической модели - это использование определенного метода расчетов значений выходных параметров по значениям входных параметров. Технология электронных таблиц - один из методов реализации математической модели. Существуют еще методы реализации математической модели, к которым можно отнести составление программ на языках программирования, применение математических пакетов (MathCad, Математика, 1С: Математический конструктор и др.), использование специализированных программных систем для моделирования. Созданные такими средствами математические модели называются компьютерными математическими моделями.

Взаимосвязанное обучение информатике, математике и физике дает возможность познакомить учащихся с использованием прикладных математических пакетов в качестве инструмента при решении типовых задач. Поэтому в разделе «Моделирование и формализация» проявляется метапредметная роль информатики.

Моделирование является одним из сложных разделов в школьном курсе информатики. Содержательно-структурный компонент «Моделирование и формализация» - важная составляющая дисциплины, которая постоянно усовершенствуется, вследствие чего исследование методологии ее изучения еще не завершены. На данный момент имеется большое количество методик обучения компьютерному моделированию, которые активно применяются на уроках информатики в школе .

Программное и ресурсное обеспечение темы «Информационное моделирование» на ступени основного общего и среднего общего образования представлено программным обеспечением и интернет-ресурсами, в частности, ресурсами единой коллекции цифровых образовательных ресурсов.

Одним из доступных средств моделирования является офисное приложение Microsoft Excel, так как практически во всех школах имеется пакет MS Office. Microsoft Excel - программа для работы с электронными таблицами, позволяющая анализировать большие массивы данных. В данной программе используется более 600 математических, финансовых, статистических и других специализированных функций, с помощью которых можно связывать различные таблицы между собой, выбирать произвольные форматы представления данных, создавать иерархические структуры.

Mathcad - это приложение для инженерных и математических вычислений, промышленный стандарт проведения, распространения и хранения расчетов. Mathcad является универсальной системой, т.е. может использоваться в любой области науки и техники - везде, где применяются математические методы.

КОМПАС - это система автоматизированного проектирования. При помощи системы КОМПАС можно создавать 3-мерные ассоциативные модели деталей и отдельных единиц, которые содержат оригинальные либо стандартизированные конструктивные элементы.

Blender - бесплатная программа для 3-мерного моделирования. Хитростью в данной программе является то, что во время создания 3-мерной сцены, окно утилиты можно разделить на части, каждая из которых будет представлять собой независимое окно с определенным видом 3D сцены, линейкой временной шкалы, настройками объекта. Количество таких частей ограничивается только разрешением экрана. Приложение также располагает инструментами сплайнового моделирования, а для формирования 3D-объектов используются еще кривые Безье и В-сплайны.

Компьютерное моделирование обладает рядом преимуществ только тогда, когда в полной мере задействованы вычислительные и графические возможности компьютера, что позволит реализовать многообразие возможностей соответствующего программного обеспечения.

Пример графического решения уравнения в интерактивной среде «1С: Математический конструктор»:

Сколько решений имеет уравнение log1/16x = (1/16)x? На первый взгляд графики левой и правой частей имеют только одно решение, лежащее на прямой y = x(Рис.1). Однако, используя инструменты "Изменить масштаб" и "Сдвинуть лист", вы можете увеличить картинку и откроете для себя неожиданное переплетение двух графиков, которое ведет к трем, а не одному, корням!

Рис. 1. Решение графического уравнения

Интуиция в этом случае обманывает: если же нарисовать данные графики уравнения от руки, то мы увидим, что уравнение имеет один корень - на пересечении обоих графиков с прямой y = x (т.е. корень уравнения (1/16) x = x ). Но нетрудно заметить и проверить подстановкой, что числа x = 1/2 и x = 1/4 тоже являются корнями. Откуда же они берутся?
Если построить графики в «Математическом конструкторе», то программа найдет три точки их пересечения (Рис.2), хотя в окрестности этих точек при «нормальном» масштабе графики «слипаются». Пользуясь инструментом Изменить масштаб можно укрупнить изображение и увидеть, каким образом графики «переплетаются».

Рис. 2. Решение графического уравнения

Таким образом, построение простых графических моделей, таких как решение простых математических задач, уместно уже в базовом курсе информатики. Самостоятельная разработка графических моделей требует знания программирования, а это относится материалу повышенной трудности, который изучается в профильном курсе информатики или в рамках элективного курса.

Библиографический список:

Рецензии:

25.11.2017, 14:51 Феофанов Александр Николаевич
Рецензия : Статья плохо структурирована, не понятно кто читатель. Пусть покажут различие между 1 и 2 рисунком. Что должно быть я представляю, а что есть - это повтор рис. 1.После доработки возможно опубликование в журнале. Д.т.н., проф. Феофанов А.Н.

19.12.2017 21:21 Ответ на рецензию автора Резаева Наталья Сергеевна :
Читателем в большей степени является студент, но и отчасти учитель. Именно с помощью программы можно увеличить и данный график и увидеть эти пересечения, все это увеличивается и уменьшается в программе, и смысла нет на картинках это увеличивать.

22.01.2018, 16:16 Бовтрук Наталия Сергеевна
Рецензия : статья имеет очень хорошее название, а в статье просто сделан маленький анализ программ. Нужно больше проанализировать суть программ именно у Вашем случае.

Математика все более широко и все более успешно используется для решения таких конкретных задач, которые требуют индивидуального нешаблонного подхода при их формализации. Сталкиваясь с подобной задачей, математик вначале стремится сформулировать ее словами, то есть построить словесную модель, отражающую все существенные стороны явления и оставляющую в стороне второстепенные. Затем эту словесную модель предстоит формализовать, или построить математическую модель изучаемого объекта. Построенная модель подвергается изучению с помощью математических средств.

Применение средств ИКТ расширяет возможности компьютерного математического моделирования, позволяет строить информационные модели с целью выбора наиболее оптимального метода решения задачи. Компьютерная модель – класс знаковых моделей, описывающих информационные процессы в объектах различной природы. При обучении моделирование и модель выступают не только как инструмент и метод познания объектов и явлений, но и как метод усвоения основных существенных свойств и закономерностей реальной действительности.

Исходя из этих предпосылок применение методики использования компьютерных моделей в обучении математике является актуальным.

Моделирование представляет собой один из основных методов познания, является формой отражения действительности и заключается в выяснении или воспроизведении тех или иных свойств реальных объектов, предметов и явлений с помощью других объектов, процессов, явлений, либо с помощью абстрактного описания в виде изображения, плана, карты, совокупности уравнений, алгоритмов и программ.

Возможности моделирования, то есть перенос результатов, полученных в ходе построения и исследования модели, на оригинал основаны на том, что модель в определенном смысле отображает (воспроизводит, моделирует, описывает, имитирует) некоторые интересующие исследователя черты объекта.

Модель (от лат. modulus – мера, образец) – некоторый материальный или мысленно представляемый объект или явление, замещающий оригинальный объект или явление, сохраняя только некоторые важные его свойства, например, в процессе познания или конструирования.

Математические модели подразделяются на функциональные, структурные и информационные.

«Моделирование – совокупность методов построения моделей и изучения на них соответствующих явлений, процессов (в том числе и процесса решения задачи), систем объектов (оригиналов), а также совокупность методов использования результатов изучения модели для определения или уточнения характеристик самих объектов исследования».

Функциональные модели характеризуются установлением функциональной зависимости, которая объединяет показатели изучаемого объекта, обнаруженные экспериментальным путем. Такого рода модели выражают построение функции по значениям аргумента.

Структурные модели выражают то или иное предположение (гипотезу) о внутреннем строении и связях изучаемого объекта, что проявляется в наблюдаемых фактах. В этих моделях наблюдаемые и измеримые переменные определенным образом (структурно) связываются с ненаблюдаемыми и неизмеримыми характеристиками объекта.

Информационные модели характеризуются тем, что в них связаны функционально поступающая информация, её переработка и обратная связь. В основе информационных моделей находится отображение зависимостей исследуемого явления путем определенных действий над информацией. Информационные модели позволяют давать описание опыта изучаемого явления в определенной форме выражения информации, т. е. проверить кодирование и перекодирование сообщений, их связей и зависимостей. Всё это позволяет вводить в модели количественную и содержательную стороны сообщений и устанавливать связь логического и описательного.

Информационные модели, применяемые в школах, как правило, не являются универсальными. Каждая из них рассчитана на моделирование достаточно узкого круга явлений. Современные средства ИКТ позволяют не только работать с готовыми моделями объектов, но и производить их конструирование из отдельных элементов. Информационная модель никогда не характеризует объект полностью. Для одного и того же объекта можно построить различные информационные модели.

Применение компьютерных технологий обучения позволяет видоизменять весь процесс преподавания, реализовывать модель личностно-ориентированного обучения, интенсифицировать занятия, а главное – совершенствовать самоподготовку обучающихся. Безусловно, современный компьютер и интерактивное программно-методическое обеспечение требуют изменения формы общения преподавателя и обучающегося, превращая обучение в деловое сотрудничество, а это усиливает мотивацию обучения, приводит к необходимости поиска новых моделей занятий, проведения итогового контроля (доклады, отчеты, публичные защиты групповых проектных работ), повышает индивидуальность и интенсивность обучения.

Компьютерное моделирование, возникшее как одно из направлений математического моделирования, с развитием компьютерных технологий стало самостоятельной и важной областью применения компьютеров. Компьютерные модели используются для решения задач о моделируемых объектах

направленных на развитие теорий, гипотез и их проверку;

облегчающих решение практических вопросов;

улучшающих процесс обучения.

При работе с моделью задача о моделируемом объекте может быть сформулирована в виде цели, т. е. как задача получения желаемого состояния модели. Постановка цели предполагает определение устройства конкретного объекта, его структуры, основных свойств и взаимодействия с окружающим миром – понимание модели, а также целенаправленное вмешательство в функционирование модели – управление моделью. Управление компьютерной моделью происходит обычно в форме диалога человека с компьютером.

Компьютерные модели, применяемые в школах, можно классифицировать, исходя из разных критериев: возрастного, сюжетной тематики, уровня сложности, сложности управления, задач развития умственных способностей и других характеристик. Так, в частности можно выделить:

развивающие компьютерные модели и конструкторы;

обучающие компьютерные модели;

компьютерные модели для учебного экспериментирования;

компьютерные модели, нацеленные на диагностику;

компьютерные модели-тренажеры, нацеленные на формирование умений и навыков.

Компьютер можно использовать в различных режимах обучения, а самое главное – в режиме графической иллюстрации изучаемого материала, т. к. возможности компьютера при иллюстрировании намного превосходят возможности любого бумажного учебника, рисунков на школьной доске. Компьютер как чертежный прибор имеет ряд преимуществ по сравнению с циркулем и линейкой. Так для изображения тел вращения требуется построить изображение окружности являющееся эллипсом. Однако циркулем и линейкой можно построить приближенное изображение эллипса, не всегда отличающегося хорошим качеством. С помощью компьютера можно создать большое количество разнообразных моделей геометрических фигур, что затруднено в случае с материальными моделями, как в техническом, так и в материальном плане.

Необходимость включения информационных технологий в процесс обучения математике обусловлена несколькими причинами.

Одна из них состоит в том, что применение информационных технологий во всех сферах человеческой жизнедеятельности на сегодняшний день стало необходимым условием успешного функционирования в современном информационном обществе и значит, должно касаться и школьного образования.

Вторая обусловлена предметным содержанием. На уроках математики учащиеся много работают с графическим изображением пространственных геометрических фигур, которые не всегда наглядно отражают их свойства. Поэтому особый интерес представляют графические редакторы, позволяющие создавать и изменять компьютерные модели геометрических объектов.

И, наконец, возможности информационных технологий в проведении компьютерного эксперимента с целью самостоятельного получения нового знания о геометрическом объекте на основе изучения компьютерной модели, делает эти технологии в процессе обучения одним из инструментов познания.

Рассмотрим некоторые преимущества компьютерных моделей пространственных геометрических фигур, по сравнению с традиционными моделями (развертки, модели из дерева или металла, пластмасса), а также чертежами и рисунками, выполненными на доске или на бумаге учебника.

Возможность быстрого создания большого количества разнообразных компьютерных моделей геометрических фигур, что затруднено в случае с материальными моделями, как в техническом, так и материальном плане.

Неоднократное обращение к компьютерной модели с целью ее демонстрации, что вызывает трудности с традиционными моделями.

Моментальное копирование компьютерных моделей для индивидуальной работы в классе, что невозможно при работе с материальными моделями и затруднено с чертежами и рисунками.

Возможность динамического изменения количественных характеристик модели объекта, которая полностью исключена в случае с традиционными моделями.

Учащиеся с интересом включаются в работу на основе моделирования и испытывают удовольствие от самостоятельного получения знаний по геометрии. Это не только положительно сказывается на мотивации обучения, но и вселяет уверенность в выполнении нового задания, обеспечивающую продуктивность учебно-познавательной деятельности.

Применение ИКТ на уроках математики дает возможность учителю сократить время на изучение материала за счет наглядности.

Использование информационных технологий на уроке способствует повышению качества знаний, расширяет горизонты школьной математики. Кроме того, компьютер потенциально готовит учащихся к жизни в современных условиях, к анализу большого потока информации и принятию решений.

ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ В ПРОЦЕССЕ САМОАКТУАЛИЗАЦИИ ПРЕПОДАВАТЕЛЯ ИНФОРМАТИКИ В СОВРЕМЕННОМ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОМ ПРОСТРАНСТВЕ

© 2016 Е. И. Травкин

канд. пед. наук, доцент кафедры компьютерных технологий и информатизации образования e-mail: e travkin@mail. ru

Курский государственный университет

В статье представлены возможности применения компьютерного моделирования как одного из методов осуществления самоактуализации преподавателя информатики на всех уровнях системы высшего образования, характеристики компьютерного моделирования как эффективного метода познания в условиях информационной образовательной среды. В работе особое место отводится описанию принципов обучения компьютерному моделированию и этапов компьютерного моделирования, реализация которых способствует самоактуализации педагогов информатики.

Ключевые слова: метод компьютерного моделирования, модель, профессиональная самоактуализация преподавателя информатики, многоуровневая система высшего образования, профессиональная подготовка.

Одной из важнейших тенденций современного профессионального образования является информатизация, которая позволяет вывести образовательный процесс на новый качественный уровень и по-новому раскрыть потенциал педагогических кадров в современных социокультурных условиях. Современная быстроменяющаяся и быстроразвивающаяся информационная среда предъявляет большие требования для самоактуализации современного преподавателя информатики.

Государственная программа Российской Федерации «Информационное общество (2011-2020 гг.)» и Национальная доктрина образования Российской Федерации до 2025 г. подчеркивают необходимость существенных преобразований, касающихся возможных методов модернизации существующего образовательного процесса в различных сферах на основе использования информационных технологий.

Одним из наиболее эффективных методов обучения в современных условиях модернизации образовательной системы является использование метода компьютерного моделирования. Компьютерное моделирование представляет собой достаточно универсальный метод исследования в различных предметных областях современной науки. Под компьютерным моделированием понимается метод исследования, основанный на построении и изучении компьютерной модели объекта или процесса [Пикалов 2010]. Главной специфической особенностью компьютерного моделирования является возможность его использования для целостного изучения исследуемого объекта.

При создании и исследовании компьютерной модели проходит процесс отображения и воспроизведения аналога или объекта-заместителя реально существующей или проектируемой системы и процесса, выявляется не только структура, элементы, свойства, но и взаимосвязи и отношения между элементами и внешней средой. Компьютерное моделирование, представляя разновидность моделирования, позволяет описать исследуемые систему или процесс лишь с некоторой степенью приближения к действительности с учетом существующих связей и

закономерностей между основными составляющими объекта-оригинала. Конечным результатом компьютерного моделирования является получение количественных и качественных характеристик, необходимых для анализа исследуемых систем или процессов, принятия решений по их оптимизации и модернизации, прогнозирования поведения в различных условиях.

Моделирование можно определить как один из основных методов познания, являющийся формой отражения действительности и заключающийся в выяснении или воспроизведении тех или иных свойств реальных объектов, предметов и явлений с помощью других объектов, процессов, явлений, либо с помощью абстрактного описания в виде изображения, плана, карты, совокупности уравнений, алгоритмов и программ [Бирюков, Гастеев, Геллер 1974].

Будущий преподаватель информатики должен быть способен реализовать свой личностный и профессиональный потенциал применительно к содержательным и теоретическим аспектам профессиональной деятельности. Адекватность современных педагогических методов обеспечивает продуктивность самоактуализации. Широкие возможности в решении задач самоактуализации предоставляет метод компьютерного моделирования.

Самоактуализация является фактором, обеспечивающим конкурентоспособность современного преподавателя информатики, расширяя его личностный и профессиональный потенциал в условиях постоянно меняющихся комплексных задач в современном образовательном пространстве.

Самоактуализация является основной из актуальных проблем высшего образования. «Самоактуализация» (от лат. асШаНБ - действительный, настоящий) рассматривается как стремление человека к возможно более полному выявлению и развитию своих личностных возможностей [Карпенко 1985].

Профессиональная самоактуализация определяет эффективность становления и развития будущего преподавателя информатики в процессе решения постоянно усложняющихся задач на различных уровнях современного образования: в профильных классах (информационно-технологических), в среднем профессиональном образовании, в системе обучения студентов бакалавриата и магистратуры, в системе дополнительного профессионального образования.

Организация процесса обучения на основе компьютерного моделирования, направленного на самоактуализацию преподавателя информатики, базируется на системе дидактических принципов, которые получили отражение в работах классических и современных авторов - И.П. Подласого, Ю.К. Бабанского, Л.В. Занкова, В.А. Сластенина, и др. Все дидактические принципы представляют единую систему и направлены на достижение учебных, познавательных, развивающих задач, решение которых способствует всесторонней самоактуализации педагога информатики на различных этапах его становления и развития. Выявлена система определяющих принципов реализации компьютерного моделирования в процессе самоактуализации будущего преподавателя информатики, которые отражают основные закономерности образовательного процесса. Представляется целесообразным выделить следующие принципы в процессе самоактуализации будущего педагога:

1) принцип научности, который предусматривает использование в образовательном процессе последних достижений в сфере применения компьютерного моделирования для организации исследовательской и научно-поисковой деятельности обучающихся;

2) принцип доступности, предполагающий адекватность изучаемого материала возрастным и индивидуальным особенностям обучающихся и уровню их теоретической и практической подготовки;

3) принцип наглядности, обеспечивающий построение компьютерной модели в наглядной форме, наиболее адекватно раскрывающей существенные связи и отношения исследуемых систем или процессов;

4) принцип систематичности, предполагающий рассмотрение различных видов компетенций, получаемых знаний и формируемых умений и навыков в системе построения всех учебных курсов и всего содержания обучения как систем, входящих друг в друга и в общую систему информационной культуры, и требующий рационального деления учебного материала на смысловые фрагменты и ступенчатого овладения ими при постоянном обращении к целому;

5) принцип последовательности, который состоит в планировании содержания, развивающегося по восходящей линии, где каждое новое знание опирается на предыдущее и вытекает из него;

6) принцип связи теории с практикой, подразумевающий, что знания, приобретаемые обучающимися, взаимодействуют с жизнью, применяются на практике, используются для исследования, познания и преобразования окружающих процессов и явлений; осознание значимости приобретаемых знаний способствует повышению интереса к обучению, что положительно влияет на мотивацию и эффективность учебной деятельности;

7) принцип активности предусматривающий ясное понимание изучаемого учебного материала. Для организации активного усвоения обучающимися знаний и развития самостоятельности умственных действий в ходе учебного процесса необходимо выдвигать познавательную задачу, решение которой позволяет мотивировать творческий поиск и мыслительную деятельность;

8) принцип гибкости компьютерных моделей, понимаемый как соответствие реальному объекту и согласованность их с другими моделями, образующими систему знаний в данной предметной области и в содержании образования в целом, а также возможность оперативной модернизации исследуемой компьютерной модели в ходе экспериментальной работы;

9) принцип интегративности, предусматривающий возможность интеграции разработанных моделей в различных условиях образовательного пространства; данный принцип также предусматривает интеграцию различных дисциплин, сфер и областей деятельности с целью решения конкретных педагогических задач;

10) принцип открытости, предоставляющий возможность постоянной модификации созданной компьютерной модели в зависимости от потребностей и условий обучения.

Организация учебного процесса на основе использования компьютерного

моделирования, направленного на самоактуализацию преподавателя информатики,

должна следовать следующим этапам [Кельтон, Лоу 2004]:

Формулировка задачи;

Сбор данных (информации) и определение концептуальной модели;

Определение адекватности концептуальной модели;

Формализация или создание математической модели;

Создание компьютерной модели;

Проверка компьютерной модели;

Планирование эксперимента;

Выполнение экспериментов с компьютерной моделью;

Анализ и интерпретация выходных данных;

Использование результатов.

Выявленные этапы выполняются итерационно, то есть происходит возврат к

предыдущим этапам и их повторное выполнение с целью уточнения некоторых

параметров разрабатываемой модели. Представленная последовательность этапов отражает общий подход к проведению компьютерного моделирования над исследуемыми объектами и позволяет следовать методологии компьютерного моделирования при организации процесса обучения.

Важно подчеркнуть, что этапы компьютерного моделирования практически полностью соответствуют этапам исследовательского обучения . В развернутом виде исследовательское обучение предполагает, что учащийся:

Выделяет и ставит проблему, которую необходимо разрешить;

Предлагает возможные решения;

Проверяет эти возможные решения;

Исходя из данных, делает выводы в соответствии с результатами;

Применяет выводы к новым данным; делает обобщения.

По мысли сторонников исследовательского обучения, учебный процесс в идеале должен моделировать процесс научного исследования, поиска новых знаний [Кларин 1998]. Соответствие этапов, а также методологии компьютерного моделирования и исследовательского обучения дает возможность активно внедрять данный метод в процесс обучения как способ развития исследовательских способностей студентов, что способствует самоактуализации будущих преподавателей информатики.

В результате компьютерного моделирования обучающиеся создают компьютерную модель. Под компьютерной моделью понимают [Лычкина 2000]:

□ условный образ объекта или некоторой системы, описанный с помощью взаимосвязанных компьютерных таблиц, блок-схем, диаграмм, графиков, рисунков, анимационных фрагментов, гипертекстов и т. д. и отображающий структуру и взаимосвязи между элементами объекта, - структурно-функциональная модель;

□ отдельную программу, совокупность программ, программный комплекс, позволяющий с помощью последовательности вычислений и графического отображения их результатов воспроизводить (имитировать) процессы функционирования объекта при условии воздействия на него различных (включая случайные) факторов, - имитационные модели. В работе И.Ю. Пикалова определяется, что применение имитационного моделирования для анализа сложных систем базируется на разработке методов статистических испытаний (метод Монте-Карло), которые позволяют моделировать случайные факторы с использованием вычислительной техники, что приводит к ускорению расчетов и проведению экспериментов со сложными системами [Пикалов 2014].

Понятие модели придает методу использования компьютерного моделирования в учебном процессе тот широкий спектр межпредметных связей, формирование которых является одной из основных задач самоактуализации преподавателя информатики. Сама же деятельность по построению модели - моделирование - является обобщенным видом деятельности, которая характеризует именно информатику [Каспражак 2004]. Кроме того, понятия и метод моделирования изучаются на моделях различных предметных областей, выявляя их общность. Учет межпредметных связей является необходимым условием успешного обучения. От того, как осуществляется эта связь, зависит развитие мышления и кругозора студентов. Кроме того, правильное осуществление межпредметных связей способствует формированию научного мировоззрения, помогает учащимся обнаруживать взаимосвязи предметов и явлений в окружающем мире и создает целостное представление об изучаемых явлениях и процессах реального мира [Володин 2005].

Организация учебного процесса на основе межпредметных связей способствует вовлечению студентов в предметно-практическую деятельность, которая предполагает активное приобретение знаний, их творческое использование, развитие познавательной

активности и самостоятельности, формирование научного мировоззрения. Формирование межпредметных связей на основе моделирования определяется использованием целого ряда способов получения знаний и навыков (анализ, синтез, индукция, дедукция и др.).

В свою очередь, А.В. Ястребов в своем диссертационном исследовании [Ястребов 2003] отмечает, что «высшей целью образования является подготовка специалиста, способного самостоятельно формулировать проблемы в сфере профессиональной деятельности и решать их...», «... высшее образование должно воспитывать специалиста с самосознанием исследователя, независимо от того, будет ли это ученый в узком смысле слова, ученый-инженер или ученый-учитель».

Процесс создания компьютерных моделей обладает огромным развивающим потенциалом и способствует более эффективному протеканию процесса самоактуализации на всех этапах становления и развития профессионала в области преподавания информатики. Владение основами компьютерного моделирования является каналом реализации развивающего обучения, позволяющего вывести педагога на новый качественный уровень и достичь не только вершин профессиональной компетентности, но личностного развития.

Библиографический список

БирюковБ.В., ГастеевЮ.А., ГеллерЕ.С. Моделирование. М.: БСЭ, 1974.

Володин А.А. Компьютерное имитационное моделирование при изучении основ цифровой техники будущими учителями технологии: дис. ... канд. пед. наук: 13.00.02. М., 2005

Кельтон В., Лоу А. Имитационное моделирование. Классика CS. 3-е изд. СПб.: Питер; Киев: Издательская группа BHV, 2004. 847 с.: ил.

Кларин М.В. Инновации в мировой педагогике: Обучение на основе исследования, игр, дискуссии анализ зарубежного опыта. М., Рига: Педагогический центр «Эксперимент», НПЦ «Эксперимент», 1998. 180 с.: ил.

Краткий психологический словарь / сост. Л.А. Карпенко; под общ. ред. А.В. Петровского, М.Г. Ярошевского. М.: Политиздат, 1985. 431 с.

Лычкина Н.Н. Современные тенденции в имитационном моделировании // Вестник университета. Серия «Информационные системы управления». М.: ГУУ, 2000. №2.

Пикалов И.Ю. Изучение компьютерного моделирования в курсе «Информационные и коммуникационные технологии в науке и производстве» // Наука и современность. 2010. № 6-1. С. 307-312.

Пикалов И.Ю. Применение имитационного моделирования и экспертных систем в экономическом анализе // Auditorium. Электронный научный журнал Курского государственного университета. 2014. № 4 (4). С. 93-95. URL: http://auditorium .kursksu.ru/pdf/004-017.pdf

Элективные курсы в профильном обучении: Образовательная область «Информатика» / под общ. ред. А.Г. Каспражака, Министерство образования РФ -Национальный фонд подготовки кадров. М.: Вита-Пресс, 2004. 112 с.

Ястребов А.В. Моделирование научных исследований как средство оптимизации обучения студента педагогического вуза: дис. докт. пед. наук: 13.00.08. М., 2003.

Lewy A. Planning the school curriculum. Paris, 1977.

Глава 1. Модели и моделирование в науке и обучении.

1.1 Модели и моделирование в современной науке.

1.2 Применение моделей в процессе обучения школьников.

1.3 Компьютерное моделирование в обучении.

Глава 2. Психологические и педагогические основы компьютерного обучения.

2.1 Психолого-педагогические аспекты компьютерного обучения.

2.2 Особенности учебной деятельности и управления ею на основе компьютерного обучения.

Глава 3. Методика организации и проведения уроков по физике в 10 классе средней общеобразовательной школы при изучении темы «Молекулярная физика» с применением компьютерного моделирования.

3.1 Анализ состояния компьютерного моделирования в разделе «Молекулярная физика».

3.2 Характеристика экспериментальной программы компьютерного моделирования динамики систем многих частиц и возможности ее использования в учебном процессе.

3.3 Методика организации и проведения уроков физики в 10 классе при изучении раздела «Молекулярная физика» на основе экспериментальной программы.

4.1 Задачи эксперимента и организации его проведения.

4.2 Анализ результатов педагогического эксперимента.

Введение диссертации по педагогике, на тему "Применение компьютерного моделирования в процессе обучения"

Одним из важнейших направлений развития общества является образование. Образование «работает» на будущее, оно определяет личные качества каждого человека, его знания, умения, навыки, культуру поведения, мировоззрение, тем самым создавая экономический, нравственный и духовный потенциал общества. Информационные технологии являются одним из главных инструментов в образовании, поэтому разработка стратегии их развития и использования в сфере образования составляет одну из ключевых проблем. Следовательно, использование вычислительной техники приобретает общегосударственное значение. Многие специалисты полагают, что в настоящее время компьютер позволит осуществить качественный рывок в системе образования, так как учитель получил в свои руки мощное средство обучения. Обычно выделяют два основных направления компьютеризации. Первое ставит цель обеспечить всеобщую компьютерную грамотность, второе - использовать компьютер в качестве средства, повышающего эффективность обучения.

В системе обучения различают два вида деятельности: обучающую и учебную. Н.Ф. Талызина и Т.В. Габай предложили рассматривать роль компьютера в обучении с точки зрения той функции, которую он выполняет.

Если компьютер выполняет функцию управления учебной деятельностью, то его можно рассматривать как обучающее средство, заменяющее педагога, так как компьютер моделирует обучающую деятельность, задает вопросы и реагирует на ответы и вопросы школьника как педагог.

Если компьютер используется только как средство учебной деятельности, то взаимодействие его с учащимися осуществляется по типу «пользователь ЭВМ». В данном случае компьютер не является средством обучения, хотя он и может сообщать новые знания. Поэтому, когда говорят о компьютерном обучении, то имеют в виду использование компьютера как средства управления учебной деятельностью.

Несмотря на то, что пока нет единой классификации обучающих программ, многие авторы выделяют среди них следующие пять типов: тренировочные, наставнические, проблемного обучения, имитационные и моделирующие, игровые. Компьютерные модели имеют наиболее высокий ранг среди выше указанных. Согласно В.В. Лаптеву , «компьютерная модель - это программная среда для вычислительного эксперимента, объединяющая в себе на основе математической модели явления или процесса средства интерактивного взаимодействия с объектом эксперимента и развитие средства отображения информации. Компьютерные модели - основной объект для вычислительной физики, отличительным методом которой является вычислительный эксперимент точно так же, как отличительным методом экспериментальной физики является натурный эксперимент». Академик В.Г. Разумовский отмечает, что «с введением в учебный процесс компьютеров возрастают возможности многих методов научного познания, особенно метода моделирования, который позволяет резко повысить интенсивность обучения, поскольку при моделировании выделяется сама суть явлений и становится ясной их общность».

Современное состояние компьютерного обучения характеризуется большим набором обучающих программ, значительно отличающихся по качеству. Дело в том, что на начальном этапе компьютеризации школ учителя, использовавшие компьютерное обучение, создавали свои обучающие программы, а поскольку они не являлись профессиональными программистами, то и созданные ими программы были малоэффективными. Поэтому, наряду с программами, обеспечивающими проблемное обучение, компьютерное моделирование и так далее, имеется большое число примитивных обучающих программ, не влияющих на эффективность обучения. Таким образом, задачей учителя становится не разработка обучающих программ, а умение использовать готовые качественные программы, отвечающие современным методическим и психолого-педагогическим требованиям.

Одним из главных критериев дидактической значимости моделирующих программ является возможность проведения исследований, которые ранее в условиях школьного физического кабинета были неосуществимы. В содержании физического школьного образования есть ряд разделов, натурный эксперимент в которых лишь качественно описывает изучаемое явление или процесс. Применение компьютерных моделей позволило бы провести и количественный анализ данных объектов.

Одним из таких разделов школьной физики является молекулярная физика, состояние компьютерного обучения в котором мы и проанализируем. Изучая его, учащиеся встречаются с качественно новой формой движения материи - тепловым движением, в котором, кроме законов механики, действуют и законы статистики. Натурные эксперименты (броуновское движение, диффузия, взаимодействие молекул, испарение, поверхностные и капиллярные явления, смачивание) подтверждают гипотезу молекулярного строения вещества, но не позволяют наблюдать механизм происходящих физических процессов. Механические модели: опыт Штерна, доска Гальтона, установка для демонстрации газовых законов дают возможность проиллюстрировать закон Максвелла распределения молекул газа по скоростям и получить экспериментально соотношения между давлением, объемом и температурой, необходимые для вывода газовых законов.

Применение современной электронной и электронно-вычислительной техники позволяет существенно дополнить постановку и проведение эксперимента. К сожалению, число работ по данной теме очень незначительно.

В работе описано применение компьютера для демонстрации зависимости скорости молекул различных газов от температуры, расчет изменения внутренней энергии тела при испарении, плавлении и кристаллизации, а также использование компьютера при обработке лабораторных работ. Здесь же дано описание урока по определению КПД идеального теплового двигателя на основании цикла Карно.

Методика постановки эксперимента с применением электронной и электронно-вычислительной техники описана В.В. Лаптевым . Схема эксперимента выглядит так: измеряемые величины->датчики-^аналого-цифровой преобразователь-микрокалькулятор МК-В4 или ЭВМ «Yamaha». По этому принципу сконструирована универсальная электромеханическая установка для изучения в школьном курсе физики газовых законов.

В книге А.С.Кондратьева и В.В.Лаптева «Физика и компьютер» разработаны программы, анализирующие в виде графиков формулу максвеллов-ского распределения молекул по скоростям, использования распределения Больцмана для расчета высоты подъема и исследование цикла Карно.

И.В. Гребенев представляет программу, моделирующую теплоперенос путем столкновения частиц двух тел .

В статье «Моделирование лабораторных работ физического практикума» В.Т. Петросяна и других содержится программа моделирования броуновского движения частиц, число которых задается экспериментом .

Наиболее полной и удачной разработкой раздела молекулярной физики является учебный компьютерный курс «Открытая физика» ТОО НЦ ФИЗИ-КОН. Представленные в нем модели охватывают весь курс молекулярной физики и термодинамики. Для каждого эксперимента представлены компьютерная анимация, графики, численные результаты. Программы хорошего качества, удобны для пользователя, позволяют наблюдать динамику процесса при изменении входных макропараметров.

В то же время, на наш взгляд, данный компьютерный курс более всего подходит для закрепления пройденного материала, иллюстрации физических законов, самостоятельной работы учащихся. Но применение предложенных экспериментов в качестве компьютерных демонстраций затруднено, так как они не имеют методической поддержки, невозможно управлять временем протекающего процесса.

Следует отметить, что к настоящему времени «не выработано установившегося взгляда на конкретное указание: где и когда нужно применять компьютер в процессе обучения, не наработано практического опыта по оценке воздействия компьютера на эффективность обучения, нет установившихся нормативных требований к виду, типу и параметрам аппаратно-программных средств учебного назначения» .

Вопросы о методической поддержке педагогических программных средств поставил И.В. Гребенев .

Важнейшим критерием эффективности компьютерного обучения следует, вероятно, считать возможность получения учащимися в диалоге с ЭВМ нового, важного знания по предмету, путем такого уровня или при таком характере познавательной активности, которые невозможны при безмашинном обучении, при условии, конечно, что их педагогический эффект и окупает затраты времени учителя и учащегося».

Значит, чтобы использование ЭВМ приносило реальную пользу, необходимо определить, в чем существующая методика несовершенна, и показать, какие свойства компьютера и каким образом способны повысить эффективность обучения.

Анализ состояния компьютерного моделирования свидетельствует о том что:

1) компьютерное моделирование представлено небольшим количеством программ вообще и в частности тех, которые моделируют физические процессы, исходя из положений молекулярно-кинетической теории (MKT);

2) в программах, моделирующих на основе MKT, нет никаких количественных результатов, а имеет место лишь качественная иллюстрация какого-либо физического процесса;

3) во всех программах не представлено связи микропараметров системы частиц с её макропараметрами (давлением, объёмом и температурой);

4) не существует разработанной методики проведения уроков с использованием компьютерных моделирующих программ по ряду физических процессов MKT.

Это и определяет актуальность исследования.

Объект исследования - процесс обучения в средней общеобразовательной школе.

Предметом исследования является процесс применения компьютерного моделирования при обучении физике в средней общеобразовательной школе.

Цель исследования - изучить педагогические возможности компьютерного моделирования и разработать методическое обеспечение использования компьютерных моделирующих программ на материале школьного курса физики.

Исходя из цели исследования, в работе ставились следующие задачи:

1) провести целостный анализ возможностей использования компьютерного моделирования в процессе обучения;

2) определить психолого-педагогические требования к учебным компьютерным моделям;

3) проанализировать отечественные и зарубежные компьютерные программы, моделирующие физические явления и дающие реальный обучающий эффект;

4) разработать компьютерную моделирующую программу на материале физического содержания среднего общего образования (раздел «Молекулярная физика»);

5) проверить применение экспериментальной компьютерной моделирующей программы и оценить ее дидактико-методический результат.

Гипотеза исследования.

Качество знаний, умений и информационная культура учащихся могут повыситься, если в процессе обучения физике использовать компьютерные моделирующие программы, методическое обеспечение которых заключается в следующем:

Адекватно теоретическим основам компьютерного моделирования в процессе обучения определены задачи, место, время, форма использования учебных компьютерных моделей;

Осуществляется вариативность форм и методов управления деятельностью учащихся;

Осуществляется обучение школьников переходу от реальных объектов к моделям и обратно.

Методологическую основу исследования составляют: системный и деятельностный подходы к исследованию педагогических явлений; философские, кибернетические, психологические теории компьютерного моделирования (A.A. Самарский, В.Г. Разумовский, Н.В. Разумовская, Б.А. Глинский, Б.В. Бирюков, В.А. Штофф, В.М. Глушков и другие); психолого-педагогические основы компьютеризации обучения (В.В. Рубцов, Е.И. Маш-биц) и концепции развивающего образования (Л.С.Выготский, Д.Б.Эльконин, В.В.Давыдов, Н.Ф. Талызина, П.Я. Гальперин). Методы исследования:

Научно-методический анализ философской, психологической, педагогической и методической литературы по исследуемой проблеме;

Анализ опыта учителей, анализ собственного опыта преподавания физики в средней школе и методики физики в вузе;

Анализ моделирующих компьютерных программ по молекулярной физике отечественных и зарубежных авторов с целью определения содержания программы;

Моделирование физических явлений в молекулярной физике;

Компьютерные эксперименты на базе отобранных моделирующих программ;

Анкетирование, беседа, наблюдение, педагогический эксперимент;

Методы математической статистики.

База исследования: школы № 3, 11, 17 г. Вологды, Вологодский государственный естественно-математический лицей, физико-математический факультет Вологодского государственного педагогического университета.

Исследование осуществлялось в три этапа и имело следующую логику.

На первом этапе (1993-1995 гг.) была определена проблема, цель, задачи и гипотеза исследования. Анализировалась философская, педагогическая и психологическая литература с целью выявления теоретических основ разработки и использования компьютерных моделей в процессе обучения.

На втором этапе (1995 - 1997 гг.) проводилась опытно-экспериментальная работа в рамках изучаемой проблемы, предлагались методические разработки использования на уроках физики компьютерных моделирующих программ.

На третьем этапе (1997 - 2000 гг.) проводился анализ и обобщение опытно-экспериментальной работы.

Достоверность и обоснованность полученных результатов гарантируется: теоретико-методологическими подходами к исследованию проблемы компьютерного моделирования в обучении; сочетанием качественного и количественного анализа результатов, включающего применение методов математической статистики; методами, адекватными цели и предмету исследования; научно-обоснованными требованиями к разработке компьютерной моделирующей программы.

Последнее требует некоторого пояснения. Нами разработана программа моделирования динамики систем многих частиц, расчёт движения которых базируется на алгоритме Верле, используемом X. Гулдом и Я. Тобочни-ком. Данный алгоритм прост и даёт точные результаты даже при малых промежутках времени, а это очень важно при изучении статистических закономерностей. Оригинальный интерфейс программы позволяет не только видеть динамику процесса и изменять параметры системы, фиксируя результаты, но и даёт возможность изменить время эксперимента, остановить эксперимент, сохранять данный кадр и с него начинать последующую работу над моделью.

Исследуемая система состоит из частиц, скорости которых задаются случайным образом и которые взаимодействуют друг с другом по законам механики Ньютона, а силы взаимодействия между молекулами отображаются кривой Леннарда-Джонсона, то есть в программе заложена модель реального газа. Но, изменяя начальные параметры, можно привести модель к идеальному газу.

Представленная нами программа компьютерного моделирования позволяют получить численные результаты в относительных единицах, подтверждающие следующие физические закономерности и процессы: а) зависимость силы взаимодействия и потенциальной энергии частиц (молекул) от расстояния между ними; б) распределение Максвелла по скоростям; в) основное уравнение молекулярно-кинетической теории; г) законы Бойля-Мариотта и Шарля; д) опыты Джоуля и Джоуля-Томсона.

Выше указанные эксперименты могут подтвердить справедливость метода статистической физики, так как результаты численного эксперимента соответствуют результатам, полученным на основании законов статистики.

Педагогический эксперимент подтвердил эффективность методики проведения уроков с использованием компьютерных моделирующих программ.

Научная новизна и теоретическая значимость исследования:

1. Осуществлено комплексное описание компьютерного моделирования, применяемого в процессе обучения (философское, кибернетическое, педагогическое).

2. Обоснованы психолого-педагогические требования к компьютерным учебным моделям.

3. Применен метод компьютерного моделирования динамики многих частиц, который позволил впервые в школьном курсе молекулярной физики создать компьютерную модель идеального газа, позволяющую продемонстрировать связь микропараметров системы (скорость, импульс, кинетическая, потенциальная и полная энергия движущихся частиц) с макропараметрами (давление, объем, температура).

4. На основе программ компьютерного моделирования в методике физики осуществлены следующие численные эксперименты: получено основное уравнение молекулярно-кинетической теории; показана связь температуры с кинетической энергией поступательного движения частиц (молекул); смоделированы опыты Джоуля и Джоуля-Томсона для идеального и реального газов.

Практическая значимость исследования заключается в том, что отобранное содержание и разработанные компьютерные моделирующие программы могут быть использованы в средней общеобразовательной школе для проведения численного эксперимента по ряду вопросов молекулярной физики. Разработана и проверена в эксперименте методика проведения уроков по молекулярной физике с использованием моделирующих компьютерных программ. Материалы и результаты исследования могут быть также применены в процессе обучения студентов педвузов и повышения квалификации учителей физики и информатики.

Апробация основных материалов и результатов» полученных в ходе исследования, проводилась

На международной электронной научно-технической конференции (Вологда, 1999);

На межвузовской научно-практической конференции «Социальные аспекты адаптации молодежи к меняющимся условиям жизни» (Вологда, 2000);

На второй региональной научно-методической конференции «Современные технологии в высшем и среднем профессиональном образовании» (Псков, 2000);

На шестой Всероссийской научно-практической конференции «Проблема учебного физического эксперимента» (Глазов, 2001);

При преподавании физики в средних школах города Вологды, на занятиях по методике преподавания физики со студентами ВГПУ, на семинарах аспирантов ВГПУ и преподавателей кафедры общей физики и астрономии.

На защиту выносятся:

1. Теоретические подходы к применению компьютерного моделирования в процессе обучения и его методическое обеспечение.

3. Методика организации и проведения уроков физики в 10-м классе средней общеобразовательной школы при изучении темы «Молекулярная физика» на основе компьютерной моделирующей программы.

Структура диссертации.

Структура диссертации определена логикой и последовательностью решения поставленных задач. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографии.

Заключение диссертации научная статья по теме "Общая педагогика, история педагогики и образования"

В результате проведенного теоретического и экспериментального исследования удалось определить направления совершенствования преподавания курса молекулярной физики в 10 классе на основе использования учебных компьютерных моделей динамики систем частиц. Особое внимание при этом было обращено на разработку методических рекомендаций по включению работы с моделями в уроки и подготовку примерных сценариев данных уроков, основанных на применении компьютерных моделей.

Это позволило повысить эффективность обучения, реализовать индивидуальный подход, развить такие качества личности, как наблюдательность, самостоятельность, сформировать элементы информационной культуры.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В соответствии с поставленными задачами исследования получены следующие основные результаты:

1. Проведенный анализ литературы по изучению моделей и моделирования позволил выделить ряд теоретических положений, характеризующих их с гносеологических, кибернетических и др. позиций. Моделирование является универсальным методом познания мира. И модели, как результат процесса моделирования, имеют многоаспектное значение. Применение моделей позволяет упростить сложные природные явления, выделив при этом наиболее сложные стороны объекта. Это дает возможность, как правило, воспользоваться математическим языком описания, наиболее приспособленным для переработки информации, получить доступные экспериментальной проверке количественные результаты, и соотнести эти результаты с реальным объектом. Процесс обучения является своеобразным аналогом процесса научного познания. А поскольку научному познанию свойственно упрощать описание реальных объектов посредством модельных представлений, то и использование моделей и моделирования в обучении следует признать обоснованным. Моделирование широко применяется при обучении в школе, особенно современная его форма - компьютерное моделирование. Компьютерные модели сочетают в себе достоинства учебных моделей, особенно такие, как возможности абстрагирования и исследования поведения динамических систем, с имитационными свойствами компьютера и разнообразными способами обработки, хранения и получения информации. Поэтому слияние достоинств моделирования с возможностями компьютера позволяет получить достаточно сильный эффект в обучении, который мы назвали познавательным резонансом в обучении.

2. Изложенные выше положения стали теоретической основой обучения с использованием компьютерного моделирования. Это обоснование полиаспект-но: оно включает информационный, психологический и дидактический аспекты.

Информационный аспект предполагает:

Возможность получения новой разнообразной информации;

Реализацию выбора информации;

Развитие информационной культуры учащихся.

Психологический аспект реализации возможностей компьютерного моделирования в обучении отражает:

Особый характер отношений ученика с окружающими объектами (тройственность взаимоотношений между учеником, учителем и компьютером), который дает возможность более вариативного подхода к построению учебной деятельности;

Более широкие возможности реализации индивидуального подхода;

Влияние на познавательный интерес школьников;

Психические особенности восприятия, памяти, мышления, воображения;

Новые возможности коммуникативной организации обучения.

Дидактический аспект применения компьютерных моделей в школе состоит в том, что появляется возможность

Реализовать основные дидактические принципы обучения;

Использовать различные формы организации процесса обучения;

Разработать и реализовать цели обучения;

Отобрать содержание изучаемого материала в соответствии с используемыми компьютерными моделями;

Получить качественно новые результаты обучения.

3. На основании изучения психолого-педагогической литературы можно выделить три основные группы проблем, связанных с применением компьютеров: первая связана с теоретическим обоснованием обучения, вторая представляет собой проблему создания обоснованной технологии компьютерного обучения, а третья объединяет психолого-педагогические аспекты проектирования обучающих программ. Анализ путей решения этих проблем позволил нам выделить ряд требований, соблюдение которых необходимо при проектировании учебных компьютерных программ. Эти требования включают психологические особенности восприятия, памяти, мышления школьников, организацию учебной деятельности, реализацию диалоговых свойств компьютера. При разработке компьютерных учебных программ должны быть учтены такие аспекты, как содержание программы, дидактические цели, реализуемые ею, обучающие функции, место и время включения программы в учебный процесс, методическое обеспечение, учет возрастных особенностей развития детей.

4. Изучение свойств моделирующих программ отечественного и зарубежного производства позволило выделить среди них пригодные для использования в процессе обучения молекулярной физике в средней общеобразовательной школе. Отечественный учебный компьютерный курс «Открытая физика» ТОО НЦЦ ФИЗИКОН состоит из набора качественных демонстраций, позволяющих наблюдать динамику молекулярных и термодинамических процессов. Но наиболее полно компьютерное моделирование хаотического движения молекул газа представлено в работе X. Гулда и Я. Тобочника «Компьютерное моделирование в физике». Данная программа, моделирующая динамику систем многих частиц, позволит установить связь микропараметров движущихся частиц с макропараметрами газа.

5. На основании модели динамики систем многих частиц, предложенной X. Гулдом и Я. Тобочником, нами разработана компьютерная моделирующая программа и система заданий для изучения основ молекулярно-кинетической теории с использованием компьютера. При создании интерфейса программы мы опирались на те требования компьютерным моделирующим программам, которые были рассмотрены в первой и второй главах. Нами было отобрано содержание программы, определены дидактические задачи, учтены возможные ошибки школьников и помощь для их устранения. Полученная компьютерная модель является динамичной, структурно-системной, вариативной и обладает такими свойствами как наглядность, информативность, простота управления, цикличность программы.

6. Разработана методика целостного изучения раздела «Молекулярная физика», охватывающая весь объем материала по относительно самостоятельной теме. Занятия строятся на вариативности компьютерной модели, которая предусматривает разнообразные формы включения моделирующей программы в урок, различные способы общения между учителем, учеником и компьютером, возможности изменять структуру компьютерного обучения.

7. Экспериментальная проверка разработанной методики проведения уроков с компьютерной поддержкой показала ее эффективность. Был проведен сравнительный анализ качества знаний учащихся контрольных и экспериментальных классов с использованием методов статистики. Нами установлено, что качество знаний учащихся экспериментальной группы выше, чем учащихся контрольной группы, а следовательно данная методика позволяет реализовать индивидуальный подход, дает возможность развить познавательный интерес, интеллектуальную деятельность школьника, самостоятельность, сформировать элементы информационной культуры.

Мера помощи учителя;

Учет санитарно-гигиенических требований по работе с компьютером.

Список литературы диссертации автор научной работы: кандидата педагогических наук, Розова, Наталия Борисовна, Вологда

1. Агапова, О. Проектно-созидательная модель обучения / О.Агапова, А.Кривошеев, А.Ушаков // Alma Mater (Вестн. высш. шк.). 1994 - №1. - С. 19.

2. Балыкина, E.H. Новые информационные технологии обучения общественным наукам / Е.Н.Балыкина // Пути применения электронно-вычислительной техники в научно исследовательской работе: Сб. науч. ст. (Материалы творч. дискус.). - М., 1991. - С.95 - 99.

3. Балыкина, E.H. Технология производства компьютерных учебных программ по историческим дисциплинам / Е.Н.Балыкина // Опыт компьютеризации исторического образования в странах СНГ: Сб.ст. / Под ред.: В.Н.Сидорцова, Е.Н.Балыкиной. Минск, 1999. - С. 135-149.

4. Беллман, Р. Динамическое программирование / Р.Беллман М., 1960. - 400с.

5. Белостоцкий, П.И. Компьютерные технологии: Соврем, урок физики и астрономии / П.И.Белостоцкий, Г.Ю.Максимова, Н.Н.Гомулина // Первое сент. 1999 - №20. - С. 3. - (Физика).

6. Бергер, Н. М. Развитие статистических представлений в молекулярной физике / Н.М.Бергер // Физика в шк. 1993. - N5. - С. 38-42.

7. Берсенева, Н.Б. Состояние компьютерного моделирования в курсе молекулярной физики и термодинамики средней школы / Н.Б.Берсенева // Сб. науч. работ студентов и аспирантов ВГПУ. Вологда, 1996. - Вып.4. - С. 307310.

8. Беспалько, В. П. Слагаемые педагогической технологии / В.П.Беспалько -М.: Педагогика, 1989. 192с.

9. Билл, Г.А. Теоретический анализ обучающих программ: Сообщ. 1: Новое исследование в педагогических науках / Г.А.Билл, А.М.Довченко, Е.И.Машбиц // 1965.-Вып. 4.-С.

10. Бирюков, Б.В. Моделирование / Б.В.Бирюков // Философ, энциклопед. слов. -М., 1989. С.373-374.

11. Бирюков, Б. В. Модель / Б.В.Бирюков // Философ.энциклопед. слов. М., 1989. - С.373-374.

12. Буховцев, Б. Б. Новое учебное пособие для 9 класса / Б.Б.Буховцев, Ю.Л. Климонтович, Г.Я. Мякишев // Физика в шк. 1971. - № 1. - С. 22-23.

13. Буховцев, Б. Б. Физика-9: Учеб. для 9 кл. сред. шк. / Б.Б.Буховцев, Ю.Л. Климонтович, Г.Я. Мякишев. -М.: Просвещение, 1971. 271 с.

14. Буховцев, Б.Б. Физика-9: Учеб. для 9 кл. сред. шк. / Б.Б.Буховцев, Ю.Л. Климонтович, Г.Я. Мякишев. М.: Просвещение, 1986. - 271 с.

15. Буховцев, Б.Б. Физика: Учеб. для 10 кл. сред. шк. / Б.Б.Буховцев, Ю.Л. Климонтович, Г.Я. Мякишев. -М.: Просвещение, 1990.

16. Ваграменко, Я.А. О сертификации компьютерных учебных программ / Я.А.Ваграменко // Информатизация базового гуманитарного образования в высшей школе: Тез. докл. межвуз. науч. метод, конф. - М., 1995. - С. 55 - 57.

17. Вильяме, Ф. Компьютеры в школе / Ф.Вильямс, К.Маклин. М., 1998. - 164 с.

18. Вопросы компьютеризации учебного процесса: из опыта работы: Кн. для учителя / Сост. Н.Д. Угринович; Под ред. Л.П. Шило. М.: Просвещение, 1987. - 128 с.

19. Габай, Т.В. Автоматизированная обучающая система с точки зрения психолога / Т.В.Габай // Психолого-педагогические и психофизиологические проблемы компьютерного обучения: Сб.науч. тр. М., 1985. - С. 25-32.

20. Габай, Т.В. Педагогическая психология: Учеб. пособие / Т.В.Габай. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1995. - 160 с.

21. Гамезо, М.В. О роли и функции знаков и знаковых моделей в управлении познавательной деятельности человека // Теоретические проблемы управления познавательной деятельности человека. -М., 1975.

22. Гварамия, Г. Опыт разработки компьютерных учебных пособий по физике / Г. Гварамия, И.Маргвелашвили, Л.Мосиашвили// ИНФО. 1990. - №6. - С. 79.

23. Гладышева, Н.К. Статистические закономерности формирования знаний и умений учащихся / Н.К.Гладышева, И.И.Нурминский. М.: Педагогика, 1991. -221с.

24. Глинский, Б.А. Моделирование как метод научного исследования. Гносеологический анализ / Б.А.Глинский, Б.С.Грязнов, Б.С. Дынин, Е.П. Никитин. М.: МГУ, 1965. - 248с.

25. Глушков, В.Н. Гносеологическая природа информационного моделирования / В.Н.Глушков // Вопросы философии. 1963.- №10 - С. 13-18.

26. Глушков, В.Н. Мышление и кибернетика / В.Н.Глушков // Вопр.философии. 1963. -№1. - С.36-48.

27. Гребенев, И.В. Использование школьных ПЭВМ для формирования важнейших понятий молекулярной физики / И.В.Гребенев // Физика в шк. -1990. №6. -С. 44-48.

28. Гребенев, И.В. Методические проблемы компьютеризации обучения в школе / И.В.Гребенев // Педагогика. 1994.-№5. - С. 46-49.

29. Гулд, X. Компьютерное моделирование в физике. Ч. 1 / Х.Гулд, Я.Тобочник. -М.: Мир, 1990.-353 с.

30. Давыдов, В.В. Проблемы развивающего обучения: опыт теоретического и экспериментального психологического исследования / В.В.Давыдов. М.: Педагогика, 1986. - 240с.

31. Данилин, А.Р. Применение обучающих программ в школе / А.Р.Данилин, Н.И.Данилина. Свердловск: Изд-во Свердлов.пед.ин-та, 1987. - 35 с.

32. Демушкин, A.C. Компьютерные обучающие программы / А.С.Демушкин, А.И.Кириллов, Н.А.Сливина, Е.В.Чубров //Информатика и образование. 1995. - №3. - С. 15-22.

33. Джалиашвили, 3.0. Компьютерные тесты по истории с элементами диалога / 3.0.Джалиашвили, А.В.Кириллов // НИТ в образовании: Тр.И Междунар. конф. T.III: Историческая информатика. Минск, 1996. - С. 13 - 16.

34. Дусавицкий, А.К. Развитие личности в учебной деятельности/

35. A.К.Дусавицкий М.: Дом педагогики, 1996. - 208 с.

36. Загвязинский, В.И. Методология и методика дидактического исследования /

37. B.И.Загвязинский. -М.: Педагогика, 1982.- 160с.

38. Зворыкин, Б.С. Методика преподавания физики в средней школе: Молекулярная физика. Основы электродинамики / Б.С. Зворыкин М.: Просвещение, 1975. - 275 с.

39. Зорина, Л.Я. Дидактические основы формирования системности знаний старшеклассников / Л.Я. Зорина. М., 1978. -128 с.

40. Изучение физики в школах и классах с углубленным изучением предмета. 4.1: Методич. Рекомендации / Сост. А.Д. Глейзер. М., 1991.

41. Ингенкамп, К. Педагогическая диагностика / К. Ингенкамп. М.: Педагогика, 1991. - 240с.

42. Кабардин, О.Ф. Из опыта преподавания в 9 классе раздела "Молекулярная физика" / О.Ф.Кабардин // Физика в шк. 1975. - №5. - С. 34; №6. - С. 28.

43. Кавтрев, А.Ф. Компьютерные программы по физике для средней школы / А.Ф. Кавтрев // Компьютерные инструменты в образовании. 1998. - №1. - С. 42-47.

44. Каменецкий, С.Е. Модели и аналогии в курсе физики средней школы /

45. C.Е.Каменецкий, Н.А.Солодухин. -М.: Просвещение, 1982. 96с.

46. Каптелинин, В.Н. Психологические проблемы формирования компьютерной грамотности школьников / В.Н. Каптелинин // Вопр. психологии. 1986. - №5. - С. 54-65.

47. Катышева, И.А. Вопросы компьютеризации образования / И.А.Катышева // Вопр. психологии. 1986. - № 5. - С. 73.

48. Кикоин, А.К. Физика-9: Проб. учеб. / А.К.Кикоин, И.К.Кикоин, С.Я.Шамаш, Э.Е.Эвенчик. М.: Просвещение, 1979. - 224 с.

49. Кикоин, А.К. Физика-9: Проб. учеб. / А.К.Кикоин, И.К.Кикоин, С.Я.Шамаш, Э.Е.Эвенчик. М.: Просвещение, 1982. - 224 с.

50. Кикоин, А.К. Физика-9: Проб. учеб. / А.К.Кикоин, И.К.Кикоин, С.Я.Шамаш, Э.Е.Эвенчик. М.: Просвещение, 1984. - 224 с.

51. Кикоин, А.К. Физика 10: Учеб. для 10 кл. шк. (классов) с углубленным изучением физики / А.К.Кикоин, И.К.Кикоин, С.Я.Шамаш, Э.Е.Эвенчик. М.: Просвещение, 1992. - 189 с.

52. Кикоин, И.К. Некоторые вопросы методики изложения молекулярной физики в 9 классе / И.К.Кикоин // Физика в шк. 1980. - №5. - С.31-37.

53. Клаус, Г. Введение в дифференциальную психологию учения: Пер. с нем. / Г. Клаус; Под ред. И.В. Равич Щербо. - М.: Педагогика, 1987. - 176 с.

54. Козелецкий, Ю. Психологическая теория решений / Ю. Козелецкий. М.; 1979.- 504 с.

55. Колпаков, А. Компьютерные технологии / А.Колпаков // Народ. образование.-2000. №6. - С. 154-157.

56. Компьютер в обучении: психолого-педагогические проблемы: Круглый стол // Вопр. психологии. 1986. - №6. - С.42-66.

57. Кондратьев, A.B. Физика и компьютер / A.B. Кондратьев, В.В. Лаптев. Л.: Изд-во ЛГУ, 1989. - 328с.

58. Коновалец, Л.С. Познавательная самостоятельность учащихся в условиях компьютерного обучения / Л.С. Коновалец // Педагогика. 1999. - №2. - С. 4650.

59. Корнев, Г.П. Модели физических тел и явлений / Г.П. Корнев. Магадан, 1977.- 123 с.

60. Кочергин, А.Н. Моделирование мышления / А.Н. Кочергин. М.: Политиздат, 1969. - 224с.

61. Кривошеев, А.О. Компьютерная поддержка систем обучения /

62. A.О.Кривошеев // Проблемы информатизации высшей школы: Бюл. 1998. - № 1-2 (11-12).-С. 179-183.

63. Кривошеев, А.О. Конкурс «Электронный учебник» / А.О.Кривошеев, С.С. Фомин // Компьютерные технологии в высшем образовании М.: Изд-во МГУ, 1994.

64. Кубицкий, В.А. Демонстрационные и лабораторные опыты при введении понятия температуры / В.А.Кубицкий // Физика в шк. 1983 - №5. - С. 66-68.

65. Кузнецова, Ю.В. Спецкурс «Компьютерное моделирование в физике» / Ю.В. Кузнецова // Физика в шк. 1998. - №6. - С. 41.

66. Лалле, Р. Педагогическая технология в университетах развивающихся стран. Перспективы / Р. Лалле // Вопр. образования. 1987. - №3. - С. 25-38.

67. Лаптев, В.В. Современная электронная техника в обучении физике в школе /

68. B.В.Лаптев. Л.: Изд-во Ленинград, ордена Трудового Красного Знамени гос. пед. ин-та им. А.И. Герцена, 1988. - 84с.

69. Леонтьев, А.Н. Деятельность. Сознание. Личность / А.Н.Леонтьев. -М.: Политиздат, 1975. 304 с.

70. Лейтес, Н.С. Теплов и психология индивидуальных различий / Н.С.Лейтес // Вопр. психологии. 1982. - №4.

71. Луппов, Г.Д. Молекулярная физика и электродинамика в опорных конспектах и тестах: Кн. для учителя / Г.Д.Луппов. М.: Просвещение, 1992. -256 с.

72. Львовский, М.В. Преподавание физики с использованием компьютеров / М.В. Львовский, Г.Ф. Львовская // Информатика в шк. 1999. - №5. - С. 49-54.

73. Ляудис, В.Я. Психология и практика автоматизированного обучения / В.Я. Ляудис, O.K. Тихомиров // Вопросы психологии. 1983. - №6. - С. 16-27.

74. Манина, Е. Опыт применения компьютерного тестирования на уроках физики / Е. Манина // Наука и шк. 1999. - №4. - С. 56-57.

75. Матюшкин, A.M. Актуальные вопросы компьютеризации в обучении /

76. A.M. Матюшкин // Вопр. психологии. 1986. - №5. - С. 65-67.

77. Машбиц, Е.И. Диалог в обучающей системе /Е.И. Машбиц,

78. B.В. Андриевская, Е.Ю. Комиссарова.- Киев: Б.И., 1987. 140 с.

79. Машбиц, Е.И. Диалог в обучающей системе / Е.И. Машбиц, В.В. Интерьерский, Е.Ю. Коммиссарова. Киев: Выща школа, 1989. - 184 с.

80. Машбиц, Е.И. К характеристике модели решений учебных задач / Е.И. Машбиц // Вопр. психологии. 1973. - №6. - С. 53-58.

81. Машбиц, Е.И. Компьютеризация обучения: проблемы и перспективы / Е.И. Машбиц. М.: Знание, 1986. - 80 с. - (Новое в жизни, науке, технике: Педагогика и психология; №1).

83. Машбиц, Е.И. Психологические основы управления учебной деятельностью / Е.И. Машбиц Киев: Высш. шк., 1987. - 223 с.

84. Машбиц, Е.И. Психолого-педагогические аспекты компьютеризации / Е.И. Машбиц // Вестн. высш. шк- 1986. № 4. - С.39-45.

85. Машбиц, Е.И. Психолого-педагогические проблемы компьютеризации обучения / Е.И. Машбиц- М.: Педагогика, 1988. 192 с.- (Педагогич. наука -реформе шк.).

86. Минина, Е.Е. Дидактические условия использования компьютерных технологий преподавания физики в средней школе: Автореф. дис. канд. пед. наук / Е.Е. Минина.- Екатеринбург, 1994 17 с.

87. Михайлычев, Е. Типология дидактических тестов при разработке и экспертизе/ Е. Михалычев // Alma Mater (Вестн. высш. шк.). -1997.- №2 С. 16-17.

88. Молотков, Н.Я. Углубление основных концептуальных положений термодинамики / Н.Я. Молотков // Физика в шк. 1997. - N6 - С. 50-53.

89. Монахов, В.М. Информационная технология обучения с точки зрения методических задач реформы школы / В.М. Монахов // Вопр. психологии-1988.-№2.-С. 27-36.

90. Мултановский, B.B. Об изучении понятия температура и основных положений молекулярно-кинетической теории / В.В. Мултановский, A.C. Василевский // Физика в школе, 1988. - №5. - С. 36-39.

91. Мякишев, Г.Я. Идеальный газ и понятие температуры / Г.Я. Мякишев, Н.В. Хрусталь, С.Я. Шамаш, Э.Е. Эвенчик // Физика в шк. 1986. - №5 - С. 4546.

92. Мякишев, Г.Я. О различных способах вывода уравнения состояния идеального газа в курсе физики средней школы / Г.Я. Мякишев // Физика в школе.- 1980.-№5.-С. 37-41.

93. Мякишев, Г.Я. Физика. Учеб. для 10 кл. общеобразоват. учреждений/ Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, H.H. Сотский,-М.: Просвещение, 2001- 336 с.

94. Мякишев, Г.Я. Физика: Учеб. для углублен, изучения физики / Г.Я. Мякишев, А.З. Синяков. М.: Дрофа, 1998. - 350 с.

95. Немцев, A.A. Компьютерные модели и вычислительный эксперимент в школьном курсе физики: Автореф. дис. . канд. пед. наук / A.A. Немцев СПб., 1992.- 17 с.

96. Новик, И.Б. Гносеологическая характеристика кибернетических моделей / И.Б. Новик // Вопр. философии.- 1963.- №8. С. 92-103.

97. Новик, И.Б. О моделировании сложных систем: Филос. очерк / И.Б. Новик-М.: Мысль, 1965.-335 с.

98. Орлов, В.А. Тесты по физике для 9-11 классов / В.А. Орлов. М.: Школа-Пресс, 1994.-96 с.

99. Основы компьютерной грамотности/ Е.И. Машбиц, Л.П. Бабенко, JI.B. Верник; Под ред. A.A. Стогния- Киев: Высш. шк.: Головное изд-во, 1988.-215 с.

100. Основы педагогики и психологии высшей школы: Учеб. пособие / Под ред. A.B. Петровского-М.: Изд-во МГУ, 1986.-304 с.

101. Падерина Е.В. Возможность использования компьютера при обучении физике / Е.В. Падерина // Физика в шк. 2000. - №6. - С.27-34.

102. Педагогика: Учеб. пособие для студентов пед. вузов и колледжей / Под ред. П.И. Пидкасистого М.: РПА, 1996 - 604с.

103. Петросян, В.Г. Моделирование лабораторных работ физического практикума/ В.Г. Петросян, P.M. Газарян, Д.А. Сидоренко // Информатика и образование.- 1999. №2.- С. 59-67.

104. Пилюгин, В.В. Машинная графика и автоматизация научных исследований/ В.В. Пилюгин, JI.H. Сумароков, К.В. Фролов // Вестн. АН СССР.- 1985.-№10.-С. 50-58.

105. Программы средней общеобразовательной школы. Физика. Астрономия-М.: Просвещение, 1992. 219 с.

106. Программы средней общеобразовательной школы. Физика. Астрономия. Типовые программы для школ (классов) с углублённым изучением физики. Физика. Математика. Специальный курс по электротехнике и радиотехнике-М.: Просвещение, 1990 62 с.

107. Пурышева, Н.С. О формировании статистических представлений в классах с углубленным изучением физики / Н.С. Пурышева, С.И. Десненко // Физика в шк. 1993. - №5. - С.42-45.

108. Рабочая книга социолога. М.: Наука, 1976. - 512 с.

109. Разумовская, Н.В. Компьютер на уроках физики / Н.В.Разумовская // Физика в шк. 1984. - №3. - С. 51-56.

110. Разумовская, Н.В. Компьютерное моделирование в учебном процессе: Автореф. дис.канд. пед. наук/ Н.В. Разумовская СПб., 1992. - 19 с.

111. Разумовский, В.Г. ЭВМ и школа: научно-педагогическое обеспечение / В.Г. Разумовский // Совет, педагогика. 1985. - № 9. - С.12-16.

112. Роберт, И.В. Перспективные направления исследований в области применения информационных и коммуникационных технологий в образовании / И.В. Роберт // Среднее проф. образование. 1998. - №3. - С. 20-24.

113. Розова, Н.Б. Компьютерное моделирование на уроках физики при изучении темы «Молекулярная физика и термодинамика». Проблемы учебного физического эксперимента: Сб. науч. тр. / Н.Б. Розова М., 2001.- Вып. 13.- С. 79-81.

114. Розова, Н.Б. Формирование информационной культуры школьников как фактор адаптации к разным видам деятельности / Н.Б. Розова // Социальные аспекты адаптации молодежи к меняющимся условиям жизни: Конф. -Вологда, 2000. С. 91-92.

115. Рубцов, В.В. Компьютер как средство учебного моделирования / В.В. Рубцов, А. Марголис, А.Пажитнов // Информатика и образование. 1987. -№5. - С.8-13.

116. Рубцов, В.В. Логико-психологические основы использования компьютерных учебных средств в процессе обучения / В.В. Рубцов // Ин-т психологии: Публ.-М. 1990.

117. Русан, С. Алгоритмическое обучение и развитие интуиции / С. Русан // Вестн. высш. шк. 1990. -№11. - С. 50.

118. Савельев, А.Я. Автоматизированные обучающие системы / А.Я. Савельев // Тр. МВТУ (354) / Под ред.: А.Я. Савельева, Ф.И. Рыбакова.- М., 1981.

119. Салмина, Н.Г. Виды и функции материализации в обучении / Н.Г. Салмина.-М., 1981. 134 с.

120. Салмина, Н.Г. Знак и символ в обучении / Н.Г. Салмина М., 1988 - 287 с.

121. Сборник дидактических заданий по физике: Учеб. пособие для техникумов / Г.И. Рябоволов, Р.Н. Дадашева, П.И. Самойленко 2-е изд.- М.: Высш. шк., 1990.-512 с.

122. Свитков, JI. П. Еще раз о температуре ее определение и шкала измерений / Л.П. Свитков //Физика в шк. - 1986. - №5. - С. 46-48.

123. Свитков, Л.П. Изучение понятия о температуре / Л.П. Свитков // Физика в шк.- 1976.- №5. С. 38-42.

124. Свитков, Л.П. Изучение термодинамики и молекулярной физики / Л.П. Свитков-М.: Просвещение, 1975 128 с.

125. Сенько, Ю. Диалог в обучении / Ю. Сенько // Вестн. высш. шк 1991-№5. - С.35-40.

126. Сидорцов, В.Н. Эффективность и пределы применения ЭВМ в обучении истории в вузе: итоги эксперимента / В.Н. Сидорцов, E.H. Балыкина // Нар. просвещение. 1990.- №12.- С. 73-75.

127. Смирнов, A.B. Социально-экологические проблемы информатизации образования / A.B. Смирнов // Наука и шк 1998. - №2 - С.38-43.

128. Смолянинова, О.Г. Организация компьютерных уроков по физике в системе развивающего обучения: Автореф. дис. .канд. пед. наук / О.Г. Смолянинова.- СПб., 1992. 17 с.

129. Талызина, Н.Ф. Внедрению компьютеров в учебный процесс научную основу / Н.Ф. Талызина // Совет, педагогика - 1985 - №12.- С. 34-38.

130. Талызина, Н.Ф. Пути и возможности автоматизации учебного процесса / Н.Ф. Талызина, Т.В. Габай.- М., 1977. 412 с.

131. Талызина, Н.Ф. Управление процессом усвоения знаний / Н.Ф. Талызина. -М., 1975.-343с.

132. Теория и практика педагогического эксперимента: Учеб. пособие / Под ред.: А.И. Пискунова, Г.В. Воробьева. М.: Педагогика, 1979 - 207с.

133. Тихомиров, O.K. Основные психолого-педагогические проблемы компьютеризации обучения / O.K. Тихомиров // Вопр. психологии 1986.- №5. - С. 67-69.

134. Тульчинский, М.Е. Качественные задачи по физике в средней школе: Пособие для учителей / М.Е. Тульчинский М.: Просвещение, 1972 - 240 с.

135. У санов, В.В. Изучение газовых законов с учетом особенностей эмпирического и теоретического уровней научного познания / В.В. У санов, Ю.Р. Алиев, М.П. Папиев // Физика в шк. 1984. - №5.- С. 21-27.

136. Физика: Учеб. пособие для 10 кл. школ и классов с углубл. изучением физики / Под ред. A.A. Пинского. М.: Просвещение, 1993 - 420 с.

137. Филимонов, Г.А. Компьютер в учебной физической лаборатории/ Г.А. Филимонов, А.Н. Горленков // Применение новых компьютерных технологий в образовании: Тез. междунар. конф. Троицк, 1991.

138. Фокин, M.JI. Построение и использование компьютерных моделей физических явлений в учебно-воспитательном процессе: Автореф. дис. .канд. пед. наук / М.Л. Фокин М, 1989. - 17 с.

139. Фролова, Т.В. Педагогические возможности ЭВМ. Основные проблемы. Перспективы / Т.В. Фролова. Новосибирск: Наука. Сиб. Изд., 1988. - 172 с.

140. Харитонов, А.Ю. Формирование информационной культуры учащихся основной школы в процессе обучения физике: Автореф. дис. .канд. пед. наук/ А.Ю. Харитонов Самара, 2000. - 13с.

141. Шахмаев, Н.М. Физика: Учеб. для 10 кл. средней шк. / Н.М. Шахмаев, С.Н. Шахмаев, Д.Ш. Шодиев. М.: Просвещение, 1992.- 240 с.

142. Шахмаев, Н.М. Элементарный курс физики. Ч. 2: Основы молекулярной физики и электродинамики: Эксперимент, учеб. для 9 кл. средней шк. / Н.М. Шахмаев. М.: Просвещение, 1979.

143. Шеншев, JI.B. Компьютерное обучение: прогресс или регресс? /Л.В. Шеншев // Педагогика. 1992. - №11-12. - С. 13-19.

144. Штофф, В.А. Моделирование и философия / В.А. Штофф. М.; Л.: Наука, 1966.-301 с.

145. Шутикова, М.И. К вопросу классификации моделей / М.И. Шутикова // Наука и шк.- 1998. №2. - С. 44-49.

146. Щукин, Е.Д. Некоторые вопросы преподавания молекулярной физики/ Е.Д. Щукин // Физика в шк. 1986. - №5. - С. 42-45.

147. Эвенчик, Э.Е. Об изучении молекулярно-кинетической теории идеального газа/ Э.Е. Эвенчик, С.Я. Шамаш // Физика в шк 1986 - №5- С. 48-50.

148. ЭВМ уходит в завтра // Наука и жизнь. 1985. - №8. - С. 15-19.

149. Эльконин, Д.Б. Из книги "Избранные труды" / Д.Б. Эльконин // Вестн. MA "Развивающее обучение". 1996. - №1. - С.56-63.

150. Adams, Т. Computers in learning: a coat of many colors // Computer Education. 1988. V.12. -№1. p. 1-6.

151. Cohen, V.B. Criteria and evaluation of microcomputer courseware // Educational Technology. 1983. №1.

152. Eysenck Heredity and environment: the state of debate// Educational analysis. 1982. №2.

153. Kulhavy R.W. Feedback in written instruction // Review of Educational Research. 1977. V. 47.

154. Papert S. Mindstorms: children, computers and power full ideas, N.Y.: Basic Book Inc., 1980.-279p.

Обучение компьютерному моделированию в школьном курсе информатики

В нашей исследовательской работе мы предполагаем, что наиболее эффективным с точки зрения развития творческих способностей учащихся является материал, связанный с информационным моделированием. Прежде чем проверить эту гипотезу рассмотрим место и значение компьютерного моделирования, цели и задачи обучения компьютерному моделированию и понятия, формируемые при обучении моделированию.

Место и значение компьютерного моделирования в школьном курсе информатики

В обязательном минимуме содержания образования по информатике присутствует линия "Моделирование и формализация", которая наряду с линией информации и информационных процессов, является теоретической основой базового курса информатики.

Не следует считать, что тема моделирования носит чисто теоретический характер и автономна от всех других тем. Большинство разделов базового курса имеют прямое отношение к моделированию, в том числе и темы, относящиеся к технологической линии курса. Текстовые и графические редакторы, СУБД, табличные процессоры, компьютерные презентации следует рассматривать как инструменты для работы с информационными моделями. Алгоритмизация и программирование также имеют прямое отношение к моделированию. Следовательно, линия моделирования является сквозной для многих разделов базового курса.

По мнению Бешенкова С.А. и др. темы "Информация и информационные процессы" и "Формализация и моделирование" являются ключевыми в курсе информатики. Данные темы объединяют в единое целое такие традиционные темы курса, как "Алгоритмы и исполнители", "Информационные технологии" и др. .

Создатели авторских курсов "Информатика в играх и задачах" и "Информатика-плюс" считают, что основная задача школьного курса информатики - формирование и развитие умения анализировать и строить информационно-логические модели.

Бояршинов М.Г. полагает целесообразным введение в рамках предмета информатики курса компьютерного моделирования, целью которого будет являться ознакомление учащихся с приемами решения задач физики, химии, математики, экономики, экологии, медицины, социологии, дисциплин гуманитарного направления, конструкторских и технологических проблем с помощью современной вычислительной техники .

Кузнецов А.А., Бешенков С.А., Ракитина Е.А. считают, что основными компонентами курса информатики, которые придают ему системный характер, являются "Информационные процессы", "Информационные модели", "Информационные основы управления". Решение задачи всегда начинается с моделирования: построения или выбора ряда моделей: модель содержания задачи (формализация условий), модель объекта, выбранная в качестве рабочей для решения этой конкретной задачи, модель (метод) решения и модель процесса решения задачи.

Таким образом, изучение информационных процессов, как и вообще любого феномена внешнего, мира, основано на методологии моделирования. Специфика информатики в том, что она использует не только математические модели, но и модели всевозможных форм и видов (текст, таблица, рисунок, алгоритм, программа) - информационные модели. Понятие информационной модели придает курсу информатики тот широкий спектр межпредметных связей , формирование которых является одной из основных задач этого курса в основной школе. Сама же деятельность по построению информационной модели - информационное моделирование является обобщенным видом деятельности, который характеризует именно информатику .

Одним из эффективных методов познания окружающей действительности является метод моделирования, который является мощным аналитическим средством, вобравшим в себя весь арсенал новейших информационных технологий.

Обобщающий характер понятия "информационное моделирование" обусловлен тем, что при работе с информацией мы всегда либо имеем дело с готовыми информационными моделями (выступаем в роли их наблюдателя), либо разрабатываем информационные модели.

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

Зубко И.И. информационное моделирование определяет как "новый общенаучный метод познания объектов окружающей действительности (реальной и идеальной), ориентированный на использование компьютера". Моделирование рассматривается как способ познания, с одной стороны, и как содержание, которое должно быть усвоено учащимися, с другой. Автор считает, что наиболее эффективно обучение учащихся информационному моделированию возможно в случае реализации на практике метода проектов интегрирующего в себе исследовательскую, самостоятельную и творческую работу в самых разных вариантах .

Галыгина И.В. считает, что обучение информационному моделированию целесообразно проводить на основе следующих подходов:

модельного, в соответствии, с которым моделирование рассматривается как инструмент познания, объект изучения и средство обучения;

объектного, подразумевающего выделение и анализ разных типов объектов: объекта изучения, информационной модели как нового объекта, объектов языка моделирования, используемых для построения модели.

Информационное моделирование в педагогике может рассматриваться в трех аспектах, как:

инструмент познания, поскольку получение новых знаний о реальном объекте, соответствующей информационной модели, объектах языка моделирования, используемых для описания этой модели, происходит в процессе построения и исследования модели;

средство обучения, так как процесс обучения в большинстве случаев связан с оперированием информационными моделями изучаемого объекта, такими как словесное описание, графическое изображение,

формульное представление закономерностей и др.;

объект изучения, поскольку информационная модель может рассматриваться как самостоятельный информационный объект, с присущими ему особенностями, свойствами, характеристиками.

Основное отличие данных аспектов с точки зрения обучаемого заключается в том, что в первом случае в процессе познавательной деятельности обучаемый сам строит модель изучаемого объекта на базе собственного опыта, знаний, ассоциаций. Во втором случае обучаемому предоставляется модель изучаемого объекта, разработанная учителем, автором учебного пособия или создателем научной теории. В последнем случае совокупность моделей является изучаемым объектом.

Включение в содержательную линию "Моделирование и формализация" базового курса информатики модуля "Информационное моделирование" позволит создать прочную основу для:

сознательного использования информационных моделей в учебной деятельности;

знакомства учащихся с методикой научной исследовательской деятельности;

последующего углубленного изучения информационного моделирования в профильных курсах информатики .

Титова Ю.Ф. считает, что важнейшей образовательной функцией является развитие творческого потенциала учащихся. Опыт творческой деятельности формируется через решение проблемных задач разной направленности и, в частности, через исследовательскую деятельность. Одним же из важнейших инструментов исследовательской деятельности является моделирование. Автором была разработана методика обучения моделированию в базовом курсе информатики, сочетающая теоретический материал, в основе которого лежит формализованный подход к разработке и исследованию моделей, и комплекс исследовательских задач, обеспечивающий интеграцию знаний из различных образовательных областей. Автор считает, что применение данной методики обеспечит развитие у учащихся широкого спектра интеллектуальных умений, таких как абстрагирование и конкретизация, обобщение, классификация, анализ, осмысление результатов своих действий.