14.1. основные дидактические задачи и содержательные линии курсов, ориентированных на моделирование

14.1. основные дидактические задачи и содержательные линии курсов, ориентированных на моделирование

Перед курсами, ориентированными на моделирование, стоят разнообразные задачи. Решение их в полном объеме позволит оказать существенное влияние на общее развитие и формирование мировоззрения учащихся, интегрировать знания по различным дисциплинам, осуществлять работу с компьютерными программами на более профессиональном уровне.

Выделим эти задачи.

Общее развитие и становление мировоззрения учащихся. Курсы, ориентированные на моделирование, должны выполнять развивающую функцию, поскольку при их изучении учащиеся продолжают знакомство еще с одним методом познания окружающей действительности — методом компьютерного моделирования.

В ходе работы с компьютерными моделями приобретаются новые знания, умения, навыки. Некоторые ранее полученные сведения конкретизируются и систематизируются, рассматриваются под другим углом зрения.

Овладение моделированием как методом познания. Основной упор в каждом из таких курсов необходимо сделать на выработку общего методологического подхода к построению компьютерных моделей и работе с ними. Необходимо

• продемонстрировать, что моделирование в любой области знаний имеет схожие черты, зачастую для различных процессов удается получить очень близкие модели;

• выделить преимущества и недостатки компьютерного эксперимента по сравнению с экспериментом натурным;

• показать, что и абстрактная модель, и компьютер представляют возможность познавать окружающий мир, управлять им в интересах человека.

Выработка практических навыков компьютерного моделирования. На примере ряда моделей из различных областей науки и практической деятельности необходимо проследить все этапы компьютерного моделирования, начиная с исследования моделируемой предметной области и постановки задачи до интерпретации результатов, полученных в ходе компьютерного эксперимента, показать важность и необходимость каждого звена. При решении конкретных задач следует выделять и подчеркивать соответствующие этапы работы с моделью. Решение данной задачи предполагает поэтапное формирование практических навыков моделирования, для чего служат учебные задания с постепенно возрастающим уровнем сложности и компьютерные лабораторные работы.

Содействие профессиональной ориентации учащихся. Учащиеся старшей ступени школы стоят перед проблемой выбора будущей профессии. Проведение курса компьютерного моделирования способно выявить тех из них, кто имеет способности и склонность к исследовательской деятельности. Способности учащихся к проведению исследований следует развивать различными способами, на протяжении всего курса поддерживать интерес к выполнению компьютерных экспериментов с различными моделями, предлагать для выполнения задания повышенной сложности. Таким образом, развитие творческого потенциала учащихся и профориентация — одна из задач курса.

Преодоление предметной разобщенности, интеграция знаний. В рамках каждого курса целесообразно изучать модели из различных областей науки, что делает курс частично интегрированным. Для того чтобы понять суть изучаемого явления, правильно интерпретировать полученные результаты, необходимо не только владеть соответствующей терминологией, но и ориентироваться в той области знаний, где проводится модельное исследование.

Реализация межпредметных связей в таком курсе не только декларируется, как это иногда бывает в других дисциплинах, но является зачастую основой для освоения учебного материала.

Развитие и профессионализация навыков работы с компьютером. Перед учащимися ставится задача не только реализовать на компьютере предложенную модель, но и наиболее наглядно, в доступной форме отобразить полученные результаты. Здесь может присутствовать построение графиков, диаграмм, динамических объектов, элементы мультипликации. Программа должна обладать адекватным интерфейсом, вести диалог с пользователем. Все это предполагает дополнительные требования к знаниям и умениям в области алгоритмизации и программирования, приобщает к более полному изучению возможностей современных парадигм и систем программирования.

Сформулируем структуру обсуждаемых курсов на таком уровне детализации, на котором она представляется инвариантной по отношению к более детальному планированию. При этом основными факторами являются:

• цели и задачи, сформулированные выше;

• структура общеобразовательной подготовки по информатике и по другим дисциплинам в основной школе;

• содержание указанной подготовки.

При таком подходе обсуждаемые курсы будут включать следующие содержательные линии.

1. Технология компьютерного моделирования. Как отмечалось выше, основной упор следует сделать на выработку общего подхода к построению моделей и работе с ними, на овладение единой методикой моделирования. В рамках курса этому должны способствовать как изучение общих вопросов моделирования, так и реализация конкретных компьютерных моделей.

Технологическая цепочка моделирования неоднократно должна быть пройдена и, таким образом, прочно усвоена. В то же время следует неустанно отмечать тот факт, что в моделировании, как и в науке в целом, нет проторенных путей, и конкретное наполнение технологической цепочки каждый раз будет иным. Это особенно важно, поэтому круг рассматриваемых вопросов должен быть достаточно широким. В противном случае не создастся полного представления о технологии компьютерного моделирования.

2. Алгоритмизация и программирование. Как правило, в обсуждаемых курсах используется разработка алгоритмов и программ. Конечно, если поставить целью исследования лишь изучение поведения модели при широком диапазоне входящих в нее параметров, то можно воспользоваться пакетами прикладных программ для решения соответствующих классов задач, поскольку это ускорит процесс исследования (не тратится время на составление алгоритма и программы). Но если ставится цель отработки технологической цепочки моделирования в полном объеме, то нельзя опускать некоторые ее звенья. Самостоятельно разработанные программы позволят более осознанно работать с моделью. Степень понимания сущности изучаемого явления в этом случае значительно глубже.

В то же время такой подход помогает укрепить и расширить ранее приобретенные школьниками навыки в области разработки алгоритмов и программ. Все это, вместе взятое, в конечном итоге также оказывает влияние на общее развитие учащихся, их пред-профессиональную подготовку.

3. «Пользовательская» линия. Поскольку при выполнении практических работ возникает необходимость оформления результатов моделирования, то целесообразно представить их в форме письменного творческого отчета о проделанной работе. При этом можно воспользоваться текстовым и графическим редакторами. Таким образом, дальнейшую поддержку находят и ранее полученные навыки работы с современными офисными программами.

Кроме того, как уже отмечалось, не все модели следует исследовать с помощью разработанных учащимися программ. Вполне уместно чередовать программирование с применением различных пакетов стандартных программ (например, при математическом моделировании это может быть электронная таблица). Такие пакеты часто предоставляют возможности для визуализации полученных результатов.

Также к пользовательской линии следует отнести выполнение расчетов и обработку полученных результатов с помощью существующих проблемно-ориентированных и объектно-ориентированных программных моделирующих комплексов.

Кроме того, модельные исследования могут проводиться на базе специально разработанного программного обеспечения. Такие программы-оболочки существуют и будут описаны ниже.

4. Линия дополнительной предметно-ориентированной подготовки. В профильном курсе компьютерного моделирования чаще всего не удается обойтись лишь базовой предметной подготовкой в той предметной области, на которую обращено моделирование. Поэтому приходится в той или иной мере расширять соответствующие знания учащихся. Объем дополнительного материала определяется уровнем подготовленности учащихся и, как следствие, содержанием курса, т.е. отобранными для изучения моделями.

В курсе компьютерного моделирования имеется возможность продемонстрировать, как с помощью компьютеров реализуется возможность исследования действительности. Здесь четко прослеживается прикладная направленность информатики. Таким образом, можно показать связь этой науки с другими. Занятия по моделированию дают дополнительный толчок учащимся к дальнейшему изучению наук и видов практической деятельности, к развитию своих способностей.

5. Моделирование процессов, протекающих в природе (физических, биологических и др.). Природные процессы изучаются во множестве школьных дисциплин: физике, химии, биологии и т.д. В одних из этих дисциплин (физика) практически все, а в других (биология) только некоторые из процессов могут быть описаны с помощью моделей.

Компьютерное моделирование в этих областях — это новый подход как к уже изученным явлениям, так и к тем, которые еще не рассматривались. Здесь необходимо найти некий баланс между теми и другими, что выражается в содержательной части курса.

Компьютерное моделирование в физике — это традиционный вид деятельности, его история началась с появлением первых ЭВМ. В других науках, изучающих природные явления, компьютерное математическое моделирование (КММ) стало применяться несколько позже. Это накладывает дополнительный отпечаток на соотношение моделей, рассматриваемых в различных курсах компьютерного моделирования.

6. Моделирование процессов, протекающих в обществе (экономических, политических и др.). Человеческое общество — очень сложная структура. При изучении законов его развития очень трудно сформулировать адекватные модели. Тем не менее отдельные стороны его жизни, выявленные закономерности поддаются математическому описанию, имитационному моделированию.

Изучение подобного рода моделей процессов, протекающих в обществе, может способствовать пониманию как истории, так и тенденций дальнейшего развития человечества и отдельных сторон его жизнедеятельности.

В большинстве реально существующих курсов моделирования реализуется не одна, а несколько содержательных линий. Это следует признать разумным, так как только комплексная поддержка всех линий создает тот содержательный стержень, который делает курс целостным, в достаточной степени завершенным и непротиворечивым. В свою очередь, это отвечает целям и задачам курса компьютерного моделирования. Необходимость поддержки каждой из содержательных линий особенно актуальна в школах физико-математического и естественнонаучного профиля. В то же время в школах без дополнительной специализации некоторые из линий (например, программистская, дополнительной математической подготовки) могут быть ослаблены. Но это не означает, что они должны быть упущены совсем.

При углубленном изучении курса компьютерного моделирования названные содержательные линии могут быть развиты, дополнены другими.