В данной статье будет рассмотрено применение инновационных технологий и инструментов компьютерного моделирования на уроках информатики в школе. Будут представлены примеры использования данных технологий, а также проведена оценка их преимуществ и недостатков.
Ключевые слова: информационные технологии, компьютерное моделирование, инструмент, программное обеспечение, визуализация данных, приложение
В современном мире информационных технологий использование инновационных методов и инструментов в обучении информатике в школе становится все более важным аспектом. Развитие компьютерного моделирования как одного из ключевых компонентов информатики как науки, открывает новые возможности для эффективного изучения предмета [4].
В нашем исследовании использовались методы анализа научной литературы, наблюдения и сравнительного анализа опыта преподавания информатики с использованием инновационных технологий и инструментов компьютерного моделирования. Для сбора данных были использованы как первичные, так и практические занятия с участием учащихся, так и вторичные источники — исследования и публикации по данной проблеме.
На уроке информатики в школе при обучении компьютерному моделированию могут использоваться следующие инновационные технологии:
Виртуальная лаборатория — это компьютерная среда или программное обеспечение, которое предоставляет возможность симулировать и проводить эксперименты, исследования или обучение в определенной предметной области без необходимости использования физических ресурсов или прямого доступа к реальным объектам.
Рассмотрим некоторые виды виртуальных лабораторий и их программные обеспечения [1]:
— по программированию: учащиеся могут использовать виртуальные среды, такие как Scratch или Code.org , чтобы создавать и тестировать свои программы без необходимости установки специального программного обеспечения на своих компьютерах.
— для изучения компьютерных сетей: учащиеся могут использовать симуляторы сетевых устройств, такие как Cisco Packet Tracer или GNS3 , чтобы создавать и экспериментировать с различными конфигурациями сети, настраивать маршрутизацию и тестировать безопасность сетей.
— по алгоритмам и структурам данных: учащиеся могут использовать виртуальные среды, такие как Visualgo или Algorithms Visualizer , чтобы наглядно представить и анализировать различные алгоритмы и структуры данных, такие как сортировка, поиск или графы.
— по базам данных: учащиеся могут использовать виртуальные базы данных, такие как MySQL или PostgreSQL , вместе с интерфейсами разработки приложений (API), чтобы создавать и манипулировать данными, создавать таблицы, выполнять запросы и анализировать результаты.
Визуализация данных — это процесс представления информации и данных в графическом или визуальном формате, для более легкого воспринятия и понимания связи, структур и тенденций, скрытых в данных. Она позволяет учащимся визуально обработать и проанализировать большие объемы данных [3]:
— в таблицах и графиках: учащиеся могут использовать программное обеспечение, такое как Microsoft Excel , Google Sheets или онлайн-платформы для создания и отображения данных в виде таблиц или различных типов графиков, таких как столбчатые диаграммы, круговые диаграммы, линейные графики и др.
— с помощью веб-инструментов: существует множество веб-приложений и сервисов, таких как Tableau Public , Plotly, Infogram , которые позволяют создавать и представлять данные в интерактивной форме. Учащиеся могут использовать эти инструменты, чтобы создавать сложные визуализации данных с анимацией, взаимным взаимодействием и другими возможностями.
— виртуальные доски и презентационное программное обеспечение: при помощи программ, таких как Microsoft PowerPoint , Google Slides , Prezi или электронных досок Smart Board , учащиеся могут создавать презентации и интерактивные диаграммы для визуализации данных. Это позволяет им визуализировать сложные концепции, отображать структуры данных и объяснять математические и логические операции.
— в программировании: при изучении программирования, учащиеся могут использовать специализированные библиотеки и фреймворки, такие как Matplotlib или D3.js , для визуализации данных в своих программах. Эти инструменты позволяют создавать графическое представление данных в виде диаграмм, графов, карт и других визуальных элементов [6].
Мобильные приложения — это такие приложения, которые могут предоставлять доступ к инструментам компьютерного моделирования на смартфонах и планшетах, позволяя учащимся проводить моделирование вне класса и на практике применять полученные знания в любом месте и в любое время. Рассмотрим некоторые из них [2]:
— Tinkercad — приложение, позволяющее учащимся создавать 3D-модели и проводить виртуальное моделирование различных объектов и конструкций.
— ScratchJr — приложение, разработанное для детей младшего возраста, которое позволяет им создавать интерактивные истории, анимации и игры, используя блоки программирования.
— Pythonista — это приложение предоставляет возможность писать и запускать программы на языке Python прямо на мобильном устройстве. Учащиеся могут использовать его для практического применения навыков программирования.
— Swift Playgrounds — приложение, предназначенное для изучения программирования на языке Swift, используемом в разработке iOS-приложений. Учащиеся могут создавать интерактивные проекты и изучать концепции программирования.
— Geogebra — это приложение используется для визуализации математических графиков, анализа данных и проведения вычислительных экспериментов. Учащиеся могут использовать его для исследования математических концепций на практике.
— ArduinoDroid — данное приложение предназначено для программирования и управления микроконтроллерами Arduino. Учащиеся могут создавать различные проекты, такие как роботы, умный дом и прочие электронные устройства.
— MIT App Inventor — это приложение позволяет учащимся создавать собственные мобильные приложения на базе блоков программирования. Оно предоставляет простой и интуитивно понятный интерфейс для создания и тестирования своих проектов.
Коллаборативные инструменты — это онлайн-платформы и инструменты для коллективной работы, позволяющие учащимся совместно разрабатывать и моделировать проекты, обмениваться идеями и получать обратную связь от других участников. Например:
— Google Документы — совместная работа над текстовыми документами, таблицами или презентациями в режиме реального времени. Позволяется учащимся редактировать и комментировать документы вместе с другими участниками.
— Microsoft OneNote — это приложение позволяет создавать и делиться цифровыми записными книжками. Учащиеся могут работать над проектами, делиться идеями и информацией в разных разделах и страницах.
— GitHub — это платформа для работы с версионным контролем и совместной разработки программного обеспечения. Учащиеся могут работать вместе над проектами программирования, делиться кодом, предлагать правки и комментировать код других участников.
— Padlet — это инструмент, предоставляющий виртуальные стены, на которых учащиеся могут размещать заметки, изображения, видео и другой контент. Он позволяет им совместно работать, обмениваться идеями и комментировать размещенный материал.
Расширенная реальность — технология расширенной реальности позволяет учащимся визуализировать компьютерные модели с помощью специальных устройств, добавляя виртуальные элементы к реальной среде и создавая более реалистичное взаимодействие с моделью [5].
Применение инновационных технологий и инструментов компьютерного моделирования на уроках информатики в школе, дает значительные преимущества. Во-первых, они позволяют учащимся более глубоко понимать базовые концепции и принципы информатики через активное взаимодействие с компьютерной моделью, что способствует лучшему усвоению материала. Например, при изучении алгоритмов программирования, ученики могут создавать собственные модели. Проверять их работоспособность и вносить исправления. Во-вторых, данные технологии позволяют создавать интерактивные симуляции и визуализации, которые помогают демонстрировать сложные процессы и явления, что стимулирует интерес и позволяет более ясно представить абстрактные понятия. Например, при изучении графов и деревьев можно использовать специализированные программы, которые позволяют в реальном времени строить и изменять графическое представление структуры данных.
Однако, наряду с преимуществами, такие технологии имеют и некоторые недостатки. Во-первых, необходимость освоения программ и программных сред разработки требует от учителя некоторых дополнительных знаний и навыков, а также дополнительного времени на подготовку к урокам. Кроме того, ограниченные финансовые ресурсы некоторых школ могут ограничить доступ к необходимому оборудованию и программному обеспечению.
Таким образом, использование инновационных технологий и инструментов компьютерного моделирования на уроках информатики в школе дает значительные преимущества в обучении. Они позволяют учащимся более глубоко понять материал и развивать навыки применения знаний в области информатики на практике. Однако, необходимость в дополнительных знаниях и ресурсах требует определенных усилий со стороны учителей и администрации школы.
Следовательно, необходимо продолжать исследования и разработку инновационных технологий и инструментов компьютерного моделирования в обучении информатики в школе и обеспечивать доступность данных технологий для всех школ. Образовательные учебники информатики, которые делают больший уклон на изучение компьютерного моделирования и приводят примеры его применения, должны быть разработаны и внедрены в практику обучения. Это поможет стимулировать интерес учащихся предмету, развить их компьютерные навыки и подготовить к будущей карьере в любой сфере деятельности.
Литература:
- Копилка ИКТ-полезностей/Виртуальные лаборатории. — Текст: электронный // МедиаВики ГБОУ ИРО Краснодарского края: [сайт]. — URL: http://wiki.iro23.info/index.php?title=Копилка_ИКТ-полезностей/Виртуальные_лаборатории (дата обращения: 14.01.2024).
- Примеры компьютерных моделей различных процессов — Информатика. — Текст: электронный // Студенческие реферативные статьи и материалы: [сайт]. — URL: https://studref.com/401302/informatika/primery_kompyuternyh_modeley_razlichnyh_protsessov (дата обращения: 14.01.2024).
- 7 мощных инструментов для наглядной визуализации учебной информации. — Текст: электронный // Научные Статьи.Ру — Портал научных статей студентов и аспирантов: [сайт]. — URL: https://nauchniestati.ru/spravka/effektivnye-instrumenty-vizualizaczii-uchebnoj-informaczii/ (дата обращения: 14.01.2024).
- Blikstein, P. (2013). Gears of Our Childhood: Constructionist Toolkits, Robotics, and Education. In J. Walter & P. Blikstein (Eds.), The Cambridge Handbook of the Learning Sciences (pp. 343–361). Cambridge: Cambridge University Press.
- Papert, S. (1980). Mindstorms: Children, Computers, and Powerful Ideas. New York: Basic Books.
- Resnick, M., & Wilensky, U. (1998). Diving into Complexity: Developing Probabilistic Decentralized Thinking through Role-Playing Activities. Journal of the Learning Sciences, 7(2), 153–172.
