В статье рассматриваются основные особенности преподавания компьютерного моделировании я в средней школе.
Ключевые слова: моделирование, информационные технологии, образование
Моделирование используется многие столетия и давно является мощным инструментом науки и техники. Сегодня моделирование в подавляющем большинстве случаев — это компьютерное моделирование.
Модели и моделирование используются человечеством давно. С помощью моделей и модельных отношений развились разговорные языки, письменность, графика. Наскальные изображения наших предков, затем картины и книги — это модельные, информационные формы передачи знаний об окружающем мире последующим поколениям. Навыки моделирования очень важны человеку в жизни с малых лет. Они помогут разумно планировать свой распорядок дня, учебу, труд, выбирать оптимальные варианты при наличии выбора, разрешать удачно различные жизненные ситуации.
Модель — это такой материальный или мысленно представляемый объект, который в процессе изучения замещает объект-оригинал, сохраняя некоторые важные для данного исследования типичные его черты. [1]
Современное компьютерное моделирование выступает как средство общения людей (обмен информационными, компьютерными моделями и программами), осмысления и познания явлений окружающего мира (компьютерные модели солнечной системы, атома и т. п.), обучения и тренировки (тренажеры), оптимизации (подбор параметров). Появление компьютерного моделирования неразрывно связано с появлением первых компьютеров.
Компьютерное моделирование является одним из самых сложных разделов в школьном курсе информатики. Содержательно-структурный компонент «Моделирование и формализация» — новейшая составляющая в области исследуемой дисциплины, она постоянно усовершенствуется, поэтому исследование методологии ее изучения еще не окончены.
В результате изучения компьютерного моделирования ученики должны:
‒ 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. [7]
В имеющейся научно-методологической литературе используются разнообразные, совершенно отличные друг от друга, понятия и разделения по группам моделей. Также можно встретить разнообразные подходы в исследовании этой области информатики. Изучая явления и предметы с помощью компьютерного, численного, имитационного и математического моделирования, ученикам проще представлять с помощь задач самые разнообразные области человеческой деятельности. С помощью алгоритмов, моделирование позволяет выполнять вычислительные эксперименты [4].
В чем же преимущество компьютерного моделирования по сравнению с натурным экспериментом? Прежде всего, компьютерное моделирование позволяет получать наглядные динамические иллюстрации физических экспериментов и явлений, воспроизводить их тонкие детали, которые часто ускользают при наблюдении реальных явлений и экспериментов. При использовании моделей компьютер предоставляет уникальную, не достижимую в реальном физическом эксперименте, возможность визуализации не реального явления природы, а его упрощённой модели. При этом можно поэтапно включать в рассмотрение дополнительные факторы, которые постепенно усложняют модель и приближают ее к реальному физическому явлению. Кроме того, компьютерное моделирование позволяет варьировать временной масштаб событий, а также моделировать ситуации, не реализуемые в физических экспериментах.
Ранее на уроках информатики решались просто задачи по программированию на языках Basic и Pascal. Некоторым ученикам это было неинтересно, так как они не видели практическое применение результатов решения данной задачи. В современных условиях, когда на программировании по стандартам выделяется достаточно малое количество времени, раздел моделирование приобретает большую значимость, так как ученики не только учатся программировать, но и самостоятельно ставить задачу, находить математические модели и области использования результатов решения задачи.
Раздел «Моделирование и формализация» содержится в обязательном минимуме содержания образования в общеобразовательных учреждениях.
Во многих школьных учебниках используется понятие информационная модель, что само по себе абстрактное понятие. Информационная модель — набор величин и (или) изображений, содержащих необходимую информацию об исследуемых объектах или процессах. [5]
Воплощение моделей производят в различных программных обеспечениях таких как «Лого Миры», Pascal, Visual Basic, Delphi, в табличных средах и базах данных (Excel, Access, статистические пакеты), в специально предназначенных математических платформах (Mathcad, Mathematica, Matlab, Maple). Помимо вышеперечисленных сред, используются так же и среды для моделирования трехмерной графики, такие как Blender и Компас.
Исследуя опыт реальных учителей, которые преподавали тему «Моделирование и формализация» в курсе информатики, а в частности Кощеевой Тамары Ивановны. Уроки данного учителя направлены в основном на формирование теоретических понятий. [6] Большинство последующих, которые рассматривает Тамара Ивановна, разделов базового курса имеют прямое отношение к моделированию, в том числе и темы, относящиеся к технологической линии курса. Изучавшиеся ранее текстовые и графические редакторы, программное обеспечение телекоммуникаций можно отнести к средствам, предназначенным для рутинной работы с информацией: позволяющим набрать текст, построить чертеж, передать или принять информацию по сети. Программные средства информационных технологий, которые предстоит изучать дальше — СУБД, табличные процессоры, 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.
Опыт Кощеевой Т. И. подтверждает общую линию моделирования в школьном курсе для многих учителей, но существует опыт других педагогов, которые большую направленность делают на практическую составляющую.
Иванов Алексей Викторович учитель МБОУ СШ № 2 г. Вязьма предлагает программы на переливание из сосуда в сосуд. Одна задача на 8 литров, вторая на 12 литров (рис. 1). Для создания этих приложений использовал среду программирования Lazarus. Один из вариантов использования — интерактивная доска. [6]
Рис. 1. Программы на переливание из сосуда в сосуд
Программа Lazarus является достаточно сложной для изучения в средней школе, так как надо знать основы языка Pascal, и поэтому может изучаться только в старших классах. Поэтому старшеклассники вполне могут создать подобную программу в курсе моделирования.
Опыт другого учителя Шумилиной Ларисы Ивановны, МБОУ СОШ № 25 г. Шахты Ростовской области. Её ученик Малютин Богдан в свободно распространяемом редакторе 3D графики Blender сделал две модели «Моя родная школа» (рис. 2) и «Тепловоз» (рис. 3). [7]
Рис. 2. «Моя родная школа»
Рис. 3. «Тепловоз»
Данный опыт показывает, что хотя при создании данных моделей не используется математическое моделирование, но результат выполнения модели повышает мотивацию обучения и развивает абстрактное мышление, расширяет кругозор в области информатики, формирует навыки самостоятельного освоения новых программных средств.
Таким образом, можно сделать следующие выводы: не следует считать, что тема моделирования носит чисто теоретический характер и автономна от всех других тем.
Анализируя различные программы по компьютерному моделированию и различные учебники, учитель может сам выбрать наиболее приемлемую для него как учебную программу, так и среды моделирования.
Хотелось заметить, что на уроках информатики, по нашему мнению, должны присутствовать модели, созданные как на языках программирования, так и в таких прикладных средах, как Excel, графические редакторы и в средах для 3D моделирования(Blender и Компас). Наличие других тем в учебной программе таких как стохастические модели, модели, созданные с помощью графов, деревья, могут быть выбраны в классах с физико-математической направленностью или в классах с более высокой успеваемостью по информатике.
Литература:
- «Модель. Моделирование. Роль моделирования в научных и практических исследованиях. Типы моделей. Компьютерное моделирование. Построение компьютерной модели» //. URL: http://pandia.ru/text/79/428/42197.php https://studopedia.ru/18_52832_kompyuternoe-modelirovanie.html
- Гусева Е. Н. Основы имитационного моделирования экономических процессов: лаб. практикум / Е. Н. Гусева. — Магнитогорск: МаГУ, 2008. — 100с.
- Моделирование. Компьютерные модели //. URL: http://gigabaza.ru/doc/77430.html
- Переливашка_8_12 //. URL: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/srednjaja-shkola/informatika/57478-perelivashka_8_12.html
- Проектная работа по информатике «3 D моделирование. Моя родная школа» //. URL: https://nsportal.ru/ap/library/drugoe/2014/01/30/proektnaya-rabota-po-informatike-3-d-modelirovanie-moya-rodnaya-shkola
- «Изучение темы «Моделирование и формализация» в курсе информатики 8-го класса» //. URL: http://открытыйурок.рф/статьи/528516/
- М. П. Лапчик, И. Г. Семакин, Е. К. Хенер Методика преподавания информатики //. URL: https://traditio.wiki/files/3/39/UDC.pdf
