CC BY
13
УДК 004.02
Д. П. ДЕНИСОВ,
канд. с.-х. наук, преподаватель
кафедры информационных
технологий
НОУ ВПО «ОмГА»
ЭЛЕМЕНТЫ И СИСТЕМЫ ВИРТУАЛЬНЫХ ОБРАЗОВ КАК СРЕДСТВО ЭФФЕКТИВНОГО УСВОЕНИЯ АЛГОРИТМИЧЕСКИХ ПРОЦЕДУР
Автор рассматривает особенности планирования и проведения лабораторных работ студентов в компьютерном классе, трудности, которые могут возникнуть в ходе занятий. Приводятся методические рекомендации преподавателям по преодолению этих трудностей. Статья адресована вузовским преподавателям информатики.
Рефлекторные навыки. Психологический барьер.
Elements and systems of virtual images as mean of effective mastering of algorithmic procedures
The author examines the features of planning and carrying out of laboratory works by students in a computer class, difficulty which can be arising during studying. Methodical recommendations to teachers on overcoming these difficulties are resulted. The article is addressed to high school teachers of computer science.
Reflexing skills. Psychological barrier.
Современный урок предполагает динамичность и сочетание различных приемов получения и обработки электронной, речевой и визуальной информации с использованием персональных компьютеров и сети. Компьютерные знания и навыки необходимы специалистам любой сферы.
Целью настоящей работы является определение места элементов и систем виртуальных образов в общей концепции построения уроков, влиянии на психологическую атмосферу занятий и степень усвоения материала.
Актуальность, профессиональная направленность работ за персональным компьютером, четкая структуризация знаний предполагают интенсивные положительные эмоции, переживания учащихся за выполнение заданий с высоким качеством, представляет для них практическую значимость, достижение реальных этапов на пути к трудоустройству. Хорошо настроенные машины, общая занятость студентов и повышенный уровень информационного обеспечения предмета в компьютерных классах являются материальной предпосылкой для бесконфликтной, устойчивой работы.
Лабораторное занятие в компьютерном классе необходимо планировать так, чтобы учащиеся правильно (точно, корректно) выполнили последовательность действий в рамках тематики без возникновения конфликтов или стрессовых ситуаций, с минимальной утомляемостью, ощущением удовлетворения от достигнутого результата.
В этой связи, рассматривая занятие как среду для применения элементов и систем виртуальной реальности в различных сочетаниях (и с учетом импровизации), отметим некоторые причины возникновения психологической неудовлетворенности,
конфликтности на уроке, не связанные, на наш взгляд, с теоретическими основами компьютерных знаний:
1. Отсутствие устойчивых рефлекторных навыков при нажатии клавиш (или кнопок).
Характерно для студентов, не имеющих персонального компьютера и сетевого оборудования в личном пользовании (домашних условиях). Выражается в том, что студент недостаточно четко, быстро и уверенно выполняет простейшие, на первый взгляд, команды или процедуры.
В частности, учащиеся легко набирают текст, но имеют проблемы при использовании специальных и вспомогательных клавиш (Ctrl, Alt, Shift, Insert, Delete и т.д.); медленно переключают или путают регистры при вводе символов (верхний или нижний); недостаточно уверенно используют аппаратные средства управления курсором.
Существенно замедляется работа при нечетком выполнении двойного щелчка мышкой, затруднениях в вызове вспомогательного меню (правая кнопка) или нажатии клавиши Escape для предотвращения или выхода из нежелательных ситуаций.
В итоге самые незначительные отставания в выполнении отдельных операций (открытие файлов, запуск программ, вызов команд, переключение задач) имеют кумулятивный характер и ведут к общему утомлению, раздражительности. При этом, чем выше уровень эрудиции учащегося, объем остаточных знаний, тем труднее выявить истинную причину отставания.
2. Психологический барьер, препятствующий успешному освоению новой темы.
Выражается в том, что учащиеся пропускают первые занятия, склонны к конфликтам,
как правило, в начале урока, намеренно опаздывают или выражают несогласие с регламентом занятия, формой проведения, не удовлетворены компьютерной программой или ее версией, пособиями, методикой.
Данная черта свойственна, в частности, инертным в плане усвоения новой информации, или отличающимся повышенной впечатлительностью слушателям.
3. Трудности абстрактно-логического характера: запаздывание и замедленная реакция, ориентировка при выполнении конкретных, даже, казалось бы, простейших операций.
Эти трудности, как правило, состоят в том, что студенты не представляют именно компьютерную форму выражения существа изучаемого процесса, явления, объекта или ее составляющих.
Это может быть связано с отсутствием остаточных знаний по комплексу взаимосвязанных дисциплин, предшествующих урокам с применением машин.
Возникновение конфликтных ситуаций нередко провоцируется разночтением, нестандартным произношением терминов и определений, некорректным началом или завершением выполнения последовательностей сложных алгоритмических процедур.
Если понятий, определений в конкретной теме или ее разделе больше, чем учащиеся знают или предполагали, они затрудняются в ответе на элементарной вопрос: «С чего начать выполнение задания?».
Многие термины, широко используемые в информатике и информационных технологиях, в том числе и общепринятые обозначения технических средств, не способствуют жесткому регламенту занятий, так как отражают существо объекта скорее образно.
Более того, значительная часть популярных компьютерных выражений («щелкнуть мышкой», «дерево каталогов», «свернуть окно» и т.д.) является сленгом, т.е. применима по объектному содержанию, назначению только в сфере информатики. Тем не менее, компьютерный сленг освобождает преподавателя от излишне подробного изложения технических процессов и тонкостей с целью достижения наибольшей конкретизации в объяснении порядка предполагаемых действий и наискорейшего выполнения поставленной задачи.
Подводя итог вышесказанному, постараемся ответить на следующие вопросы:
1. Следует ли обращать сленг в позиции четкой интерпретации терминов, или же, наоборот, стремиться развивать среду виртуальных образов, провоцируя положительные эмоции и управляя ими?
2. Что важнее в конкретной ситуации для слушателя - осмыслить задание до деталей, подробностей или правильно выполнить его, не отставая от группы?
3. Следует ли связывать отдельные виртуальные элементы и образы, если они удобны только в конкретных ситуациях, в определенную систему?
Отметим, что и в целом компьютерная терминология (учитывая и особенности перевода команд и текста в разных версиях операционных систем, пакетах и программных продуктах) достаточно гармонична и, по своей сути, предполагает некоторый игровой,
образный вариант усвоения материала. В информатике действует множество факторов, или, по крайней мере, предпосылок, благоприятствующих спонтанному возникновению образов, их систем или изменению размерности виртуального пространства, появлению воображаемых «осей».
В отличие от традиционных занятий виртуальная реальность в компьютерном выражении имеет достаточно конкретную интерпретацию, например, отражаются на экране и активно используются воображаемые диски, память или иные устройства, не существующие реально.
При коллективной работе учащиеся часто создают и применяют сленг сами, упрощая стандартные, общепринятые названия аппаратных и программных средств, предлагают синонимы для обозначения выполняемых операций. Современный компьютерный урок сложен, требует синхронности в работе группы, и учащемуся часто важнее «не отстать от класса», нежели понимать дословно, до мелочей и тонкостей смысл каждой выполняемой процедуры.
В качестве примера использования системы виртуальных образов рассмотрим фрагмент задания по выравниванию динамического ряда (уровень доходов предприятия) методом «фиктивных» переменных и расчета теоретических значений исследуемого показателя.
Для прогноза используем уравнение (многомерная регрессия): Ут = а0 • х+а2 • х2 + а3 • х3 + а4 • и
Данные для построения модели сведены в таблицу вида:
Уровень Теоретический доход,
Номер дохода, тыс. Х0 Х1 Х2 Х3 t тыс. руб.,
квартала руб. yi теор.
yi
I 6,0 1 1 0 0 1 6,4
II 4,4 1 0 1 0 2 4,2
III 5,0 1 0 0 1 3 5,0
IV 9,0 1 0 0 0 4 9,1
В результате математической обработки информационного массива по методу наименьших квадратов (МНК) определяется теоретический уровень дохода yi теор. (последняя колонка таблицы).
Отметим узловые этапы в создании виртуальной, игровой среды для расчета коэффициентов многомерной модели (ai). Варианты организации прикладных заданий в среде MS Excel известны [1, 50-52].
Учащимся предлагается реализовать вычислительный алгоритм МНК:
Xт • X • A = Xт • Y.
Как правило, студенты достаточно хорошо представляют матрицу (как таблицу, состоящую из строк и символов), знают основные процедуры и действия (транспонирование, обращение, умножение).
Работа начинается с транспонирования матрицы фиктивных переменных X (в электронных таблицах MS Excel ее выполняет функция ТРАНСП, т.е. указывается массив, вводится команда в строке формул, одновременно нажимаются три клавиши Ctrl + Shift + Enter).
Далее, для умножения матриц XT • X (левая часть равенства) используется функция МУМНОЖ и реализуется алгоритм расчета коэффициентов (ai) путем решения системы линейных уравнений матричным способом (функция МОБР - расчет обратной матрицы и завершение - МУМНОЖ).
Соответственно, теоретическое значение показателя (последний столбик таблицы) рассчитывается умножением (МУМНОЖ ) матрицы фиктивных переменных X на вектор полученных коэффициентов
Учащиеся представляют работу с матрицами (из курса высшей математики) как весьма трудоемкий процесс, их навыки и приобретенные знания по выводу формул и ручной обработке данных значительно отличаются от предполагаемых действий с массивами в табличном процессоре. Кроме этого, первоначально им необходимо скопировать пример (шаблон) расчетного задания с сервера и разместить в заданном каталоге. Данная операция не требует математических знаний.
Для игрового варианта решения примера мы разработали и используем на практике достаточно целостную систему виртуальных образов, назначение которой состоит в скорейшем усвоении порядка действий и запоминании последовательности выполнения команд. Игровые определения, используемые ниже, следует воспринимать, скорее, как сленг, нежели, как устоявшееся правило.
Сущность методики состоит в том, что каждой математической процедуре (в конкретном примере - команде или последовательности команд, функции) сопоставляется:
а) изобразительный элемент (группа элементов), обозначающий определенное действие (команду) и имеющий роль маркера, метки, логотипа соответствующего этапа вычислений;
б) словесное определение, синоним изобразительного элемента (имеет игровой оттенок).
Отметим, что элементам свойственны те же особенности, что и кодам - отсутствие разночтения, простота, определенное место в общей системе обозначений и т.д.
=ТРАНСП
воздухе»
Щи
- «Пестрая бабочка летела над лугом и перевернулась в
=МУМНОЖ -
- «На лугу стоит коровка и говорит «МУМНОЖ»
=МОБР -
МОБР».
- «На речке Информатике жил бобр, звали его
Задание размещается на 5-7 листах электронных таблиц и включает, помимо детального изложения порядка действий и комментариев, короткий тест, программируемый контроль правильности расчетных процедур, один или несколько кроссвордов в качестве раздаточного материала [1, 54-60].
На общем информационном фоне (включая текст задания, формулы и данные таблиц, комментарии) изобразительные элементы и их словесные определения (синонимы) не столь значимы, заметны. Учащиеся рассматривают их как маркеры («вешки») - образные, краткие обозначения основных этапов осуществления алгоритма.
Опыт показывает, что учащиеся выполняют задания быстрее и помнят материал дольше, если игровые, образные элементы в целом не противоречат тематике урока,
корректны, находятся в гармоничном соответствии друг с другом и не затрудняют общение.
Предлагаемая методика может использоваться в качестве примера применения элементов и систем виртуальной реальности на уроках эконометрики, экономико-математического моделирования, информационных технологиях и системах, и при изучении смежных дисциплинах.
Таким образом, использование тщательно запланированных игровых элементов и ситуаций на общем фоне технического, информационного, программного обеспечения позволяет улучшить психологическую атмосферу урока, снять напряженность при выполнении сложных вычислительных процедур и, как следствие, повысить уровень усвоения материала.
Библиографический список
1. Денисов, Д. П. Рациональная организация расчетно-прикладных заданий в электронных таблицах MS Excel / Д.П. Денисов. // Проблемы содержания и качества учебного процесса в высшей школе : сб. науч. ст. / под ред. А.Э. Еремеева, Г.В. Косякова. - Омск : ОГИ, 2005. - С. 54-60.
2. Дубина, А. Г. Excel для экономистов и менеджеров / А.Г. Дубина [и др.]. - СПб. : Питер, 2004. - 295 с.
Рецензент: В. И. Трушляков, д-р техн. наук, профессор НОУ ВПО «ОмГА»
