Учебный проект по созданию моделирующей компьютерной программы

В статье приведены общие и специфические свойства двух видов деятельности учащихся — исследовательской и проектной. Рассмотрена возможность создания учащимися компьютерных обучающих программ по физике в рамках их проектной деятельности. В качестве примера продукта такой деятельности приведена программа, моделирующая движение тела, брошенного под углом к горизонту.

Ключевые слова:учебный проект, исследовательская деятельность, проектная деятельность, универсальные учебные действия, компьютерная программа.

Одним из путей повышения мотивации и эффективности учебной деятельности в школе является включение учащихся в исследовательскую и проектную деятельности [4, с. 85–86], имеющие следующие особенности. Цели и задачи этих видов деятельности учащихся определяются личностными и социальными мотивами. Это означает, что деятельность должна быть направлена не только на повышение компетенции учащихся в предметной области определенных учебных дисциплин и на развитие их способностей, но и на создание продукта, имеющего значимость для других.

Исследовательская и проектная деятельности должны быть организованы таким образом, чтобы учащиеся смогли реализовать свои потребности в общении со значимыми, референтными группами одноклассников, учителей или других людей. Строя отношения в ходе целенаправленной, поисковой, творческой и продуктивной деятельности, учащиеся овладевают нормами взаимоотношений с разными людьми, умениями переходить от одного вида общения к другому, приобретают навыки индивидуальной самостоятельной работы и сотрудничества в коллективе.

Организация исследовательских и проектных работ учащихся обеспечивает сочетание различных видов познавательной деятельности. Значимыми и интересными для учащихся представляются новые виды деятельности, которые им еще незнакомы, именно поэтому их интересно освоить, даже если впоследствии они не войдут в ряд наиболее ценных и жизненно необходимых.

Исследовательские и проектные работы могут быть построены таким образом, что в них будут востребованы практически любые способности учащихся, реализованы личные пристрастия к тому или иному виду деятельности. В данном случае учащиеся делают первые шаги в направлении предпрофессиональной ориентации.

Исследовательская и проектная деятельности открывают новые возможности для создания интереса учащихся к индивидуальному и коллективному творчеству. Важной особенностью реализации исследовательских и проектных paбот является необходимость владения школьниками компетенциями в той или иной области знаний, а также активной работы воображения, которая является основой творчества.

Исследовательская и проектная деятельности имеют как общие, так и специфические черты. К общим характеристикам следует отнести [4, с. 86–87]:

-          практически значимые цели и задачи исследовательской и проектной деятельностей (как правило, результаты исследовательской, а в особенности проектной деятельности имеют конкретную практическую ценность, предназначены для использования);

-          структуры проектной и исследовательской деятельностей имеют общие компоненты: анализ актуальности проводимого исследования или проекта; целеполагание, формулировку задач, которые следует решить; выбор средств и методов, адекватных поставленным целям; планирование, определение последовательности и сроков работ; проведение проектных работ или исследований; оформление результатов работ в соответствии с замыслом проекта или целями исследования; представление результатов в соответствующем использованию виде;

-          формирование компетенции в выбранной сфере исследования или проекта, творческой активности, собранности, аккуратности, целеустремленности, высокой мотивации.

Итогами проектной и исследовательской деятельности следует считать не столько предметные результаты, сколько интеллектуальное, личностное развитие учащихся, pocт их компетенции в выбранной для исследования или проекта сфере, формирование умения сотрудничать в коллективе и самостоятельно работать, уяснение сущности творческой исследовательской и проектной работы, которая будет рассматриваться как показатель успешности (или неуспешности) исследовательской деятельности [4, с. 87].

Наряду с общими чертами проектной и исследовательской деятельности у них существуют и специфические черты, которые заключаются в следующем [4, с. 87]. Любой проект направлен на получение вполне конкретного запланированного результата — продукта, обладающего определенными свойствами, и который необходим для конкретного использования. В ходе исследования, как правило, организуется поиск в какой-то области, а на начальном этапе лишь обозначается направление исследования, формулируются отдельные характеристики итогов работ. Реализацию проектных работ предваряет представление о будущем продукте, планирование процесса создания продукта и реализация этого плана. Результат проекта должен быть точно соотнесен со всеми характеристиками, сформулированными в его замысле. Логика построения исследовательской деятельности включает формулировку проблемы исследования: выдвижение гипотезы (для решения этой проблемы) и последующую экспериментальную или модельную проверку выдвинутых предположений.

Примером проектных работ школьников могут быть разработки компьютерных учебных пособий, выполненных самими учащимися по какой-то определенной теме по химии, физике, биологии, литературе и т. д. Такого рода разработки следует однозначно отнести к проектной деятельности, поскольку результат этих работ четко определен, возможности применения продукта этой деятельности также несомненны — для учащихся школы при подготовке к урокам, итоговому контролю, к экзаменам и т. д.

В этой статье мы приведем пример создания учащимися обучающей компьютерной программы, моделирующей движение тела, брошенного под углом к горизонту с учетом и без учета сопротивления среды, в которой оно движется. Охарактеризуем этот проект с разных точек зрения. Существует много различных классификаций проектов, построенных на определенных основаниях деления проектов [3, с. 59–61]. Если за критерий такого деления взять сферу направленности проекта, то классификация может быть такой:

-          социальные проекты (проекты поддержки мероприятий и создания технологий и т. п.);

-          материальные проекты (изготовление устройств, инструментов и т. п.);

-          экологические проекты (очистка помещений, природных ресурсов, сбор вторичного сырья, защита окружающей среды и т. п.);

-          сервисные проекты (работа с информацией, обслуживание и ремонт, оказание услуг и т. п.);

-          комплексные проекты (включают в себя предыдущие виды проектов как составляющие).

Согласно этой классификации наш проект следует отнести к социальным проектам. Если за основание деления принять доминирующий метод решения проектной проблемы, то проекты подразделяют на следующие типы:

-          исследовательские проекты (требуют наличия продуманной структуры, целей, актуальности и социальной значимости);

-          творческие проекты (не требуют детальной проработки структуры совместной деятельности участников проекта);

-          игровые проекты (требуют распределения ролей и наличие структуры, имитирующей социальные или деловые отношения);

-          информационные проекты (предполагают сбор информации о каком-либо объекте);

-          практико-ориентированные проекты (имеют четко обозначенный результат деятельности, ориентированный на интересы самих учащихся).

Учитывая эту классификацию, наш проект относится к исследовательским. По характеру реализации предметных связей проекты бывают такими:

-          монопредметные проекты (предполагают изучение материала конкретного учебного предмета);

-          межпредметные проекты (содержат смежную тематику нескольких учебных дисциплин);

-          надпредметные проекты (выполняются на основе информации, не входящей в школьную программу).

Учитывая это отметим, что наш проект имеет межпредметную направленность, так как предполагает использование учащимися знаний по физике и информатике. При дальнейшем усложнении исследуемой модели возможно превращение проекта в надпредметный. Если принять за основание деления характер контактов субъектов учебной проектной деятельности, то можно выделить следующие типы проектов:

-          внутренние проекты (внутри школы или класса);

-          региональные проекты (внутри региона или страны);

-          международные проекты (с участием представителей других стран);

-          локальные проекты (выполнятся вне учебных заведений, например, на дому).

Здесь следует отнести проект, о котором мы говорим, к региональным, так как он проводился в рамках Школы Росатома. Он также был проектом с открытой (явной) координацией. Иными словами, координатор проекта участвовал в нем со своей собственной функцией, направляя действия учащихся. Существуют также проекты со скрытой координацией, когда координатор выступает в роли одного из участников проекта. Эти приведенные два вида проектов можно классифицировать, если принять за критерий деления характер координации проекта. Объем работ, предусмотренный в проекте, позволяет классифицировать проекты следующим образом:

-          краткосрочные проекты (длительностью в несколько недель);

-          среднесрочные проекты (длительностью в несколько месяцев);

-          долгосрочные проекты (осуществляются в течение года).

Согласно этой классификации наш проект является среднесрочным. Различают также коллективные, групповые и индивидуальные проекты, учитывая количество их участников. В этом контексте наш проект был групповым, так как выполнялся учащимися в составе небольшой группы из трех человек.

Рис. 1. Окно созданного учащимися приложения, моделирующего движение тела, брошенного под углом к горизонту

Следует отметить, что параллельно этой группе работали и другие группы учащихся, которые решали свои конкретные физические задачи, используя методы компьютерного моделирования (мы рассматриваем только одну из них). Задача, о которой пойдет речь в этой статье, имеет следующее содержание. Первое тело свободно падает с некоторой высоты. Как нужно бросить второе тело (под каким углом к горизонту и с какой скоростью) из заданного положения, чтобы попасть в первое тело? Из теоретических посылок можно выяснить, что для этого нужно целиться непосредственно в первое тело (рис. 1) и, если скорость второго тела достаточна, для того, чтобы достичь вертикали, проходящей через первое тело, то столкновение тел обязательно произойдет. Причем это столкновение произойдет обязательно в случае отсутствия сопротивления среды и даже, если сопротивление присутствует, но оно одинаково для обоих тел. Программа должна была демонстрировать движение тел в динамике, а также выводить на экран траектории их движения (рис. 2 и 3). Для написания текста программы учащиеся использовали свободное программное обеспечение — среду программирования Lazarus [2].

Рис. 2. Демонстрация траекторий тел, движущихся без сопротивления среды

Учащиеся успешно справились с поставленной задачей: созданная ими программа могла демонстрировать движение тел в динамике и рисовать траектории движения тел (рис. 2 и 3). Субъективно новым для учащихся (а значит и для того, для кого предназначена эта обучающая программа), оказалось то, что столкновение тел при обнаруженных экспериментально условиях происходит независимо от того, учитывается в расчетах сопротивление среды, в которой движутся два одинаковых тела (два одинаковых шара), или нет. Таким образом, становится ясно, какую проблему решали учащиеся в своем исследовательском проекте, и какой вариант решения этой проблемы ими был предложен. Фактически была решена не только учебная исследовательская задача, связанная с получением и усвоением ими необходимых физических знаний, но и задача программирования, а также методическая задача, результатом которой стал программный продукт, позволяющий обучающимся проводить учебное исследование с помощью компьютерной модели [2].

Рис. 3. Демонстрация траекторий тел, движущихся с учетом сопротивления среды

Предзащита проекта проходила на школьной конференции, где были представлены и другие проекты учащихся этой же возрастной группы. Участники проекта выступили с совместным докладом и компьютерной презентацией проекта [1]. Кроме того, учащиеся, выполнившие проект, представили его на Всероссийском научно-исследовательском конкурсе Школы Росатома «Компьютерное моделирование в физике» в г. Саров, что и было оценено, как защита проекта.

Литература:

1.    Данилов О. Е. Компьютерная презентация результатов проектной деятельности учащегося / О. Е. Данилов // Молодой ученый. — 2014. — № 1. — С. 506–510.

2.    Данилов О. Е. Учебные проекты, предполагающие создание обучающимися компьютерных программ / О. Е. Данилов // Молодой ученый. — 2014. — № 13. — С. 250–255.

3.    Матяш Н. В. Инновационные педагогические технологии. Проектное обучение: учеб. пособие для студ. учреждений высш. проф. образования / Н. В. Матяш. — М.: Издательский центр «Академия», 2012. — 160 с.

4.    Формирование универсальных учебных действий в основной школе: от действия к мысли. Система заданий: пособие для учителя / А. Г. Асмолов, Г. В. Бурменская, И. А. Володарская и др.; Под ред. А. Г. Асмолова. — 2-е изд. — М.: Просвещение, 2011. — 159 с.