CC BY
20
От информационного моделирования к проектированию в непрерывном образовательном процессе
Ядровская Марина Владимировна к. ф.-м. н., доцент кафедры «Информационные технологии» Донской государственный технический университет, пл. Гагарина, 1, г. Ростов-на-Дону, (863)2340458 marinayadrovskaia@rambler.ru
Аннотация
Выявлено, что обучение моделированию важно для успешного выполнения обучающимися различных видов учебной деятельности в школе и вузе. Приобретенные при обучении моделированию методологические знания и умения обеспечивают готовность обучающихся к выполнению любой современной деятельности и непрерывному самостоятельному достраиванию знаний в течение жизни. Показано, что знания информационного моделирования важны для выполнения деятельности проектирования, которую можно рассматривать в качестве аналога самостоятельной, творческой, системной современной деятельности любой предметной области. Изложен подход к обучению моделированию, в том числе информационному моделированию.
It has been revealed that the teaching of modeling is important for the successful performing by students of various types of educational activities in the school and university. The methodological knowledge and skills acquired in the modeling teaching ensure the readiness of students to perform any modern activity and continuous independent completion of knowledge during life. It is shown that the knowledge of information modeling is important for the performance of design activities, which can be considered as an analogue of the independent, creative, system-based modern activity of any subject area. The approach to modeling teaching, including information modeling, is outlined.
Ключевые слова
проектирование; моделирование; информационное моделирование; методологические знания моделирования; обучение моделированию; учебная деятельность; деятельность моделирования; содержание обучения; средства обучения; модель
projecting activity, modeling, information modeling, methodological knowledge of modeling, modeling education, educational activity, modeling activity, means of teaching, model
Актуализация проблемы исследования
Согласно ФГОС третьего поколения подготовка магистров осуществляется по видам деятельности. Все большее значение в профессиональной деятельности приобретают знания и умения проектирования. Поэтому в магистратуре уделяется особое внимание формированию компетенций, связанных с проектированием.
Деятельность проектирования - это такая деятельность, которая позволяет оптимизировать прибыль, уменьшить затраты на разрабатываемый продукт и координировать работу группы специалистов по его созданию, особенно, если он
представляет собой сложную систему. В основе деятельности проектирования находятся планирование и моделирование, в результате выполнения которых появляется комплекс разнообразных по типу и назначению моделей.
При выполнении деятельности проектирования специалист должен уметь строить разнообразные модели, которые не являются самоцелью, а позволяют фиксировать ключевые положения о создаваемом продукте и представлять его в процессе обсуждений и разработки. Информационные модели помогают анализировать требования заказчика к создаваемому продукту, определять структуру и функции разрабатываемого продукта, давать оценку этапам его создания и др. Поэтому современный специалист должен обладать компетенциями, позволяющими использовать моделирование для оптимального решения задач на каждом этапе проектирования: понимать, что такое модель, знать типы моделей, методы и средства реализации моделей, то есть уверенно оперировать моделями при решении множества задач сложной деятельности проектирования.
Можно сказать, что деятельность проектирования является аналогом самостоятельной, творческой, системной современной деятельности любой предметной области, которую предстоит выполнять выпускникам вузов. Большое значение для формирования умений выполнять такую деятельность имеют знания, умения и навыки информационного моделирования.
Анализ готовности обучающихся к выполнению деятельности информационного моделирования
Рассмотрим, хорошо ли подготовлены обучающиеся к выполнению деятельности проектирования.
Профессиональные знания, умения и навыки проектирования в программе бакалавриата для направления «Информационные системы и технологии» наряду с другими дисциплинами позволяет формировать дисциплина «Методы и средства проектирования информационных систем и технологий». При изучении этой дисциплины мы столкнулись с трудностями. Практическая составляющая дисциплины состояла в выполнении лабораторных работ, содержание которых было связано идеей проектирования информационной системы (ИС) для некоторой предметной области. В результате выполнения предложенных работ должен был получиться индивидуально разработанный научный проект реализации информационной системы. Учебная деятельность сводилась к формированию ряда взаимосвязанных диаграмм, схем, таблиц, текстовых описаний. Они должны были демонстрировать взгляд разработчика (обучающегося) на функции ИС, особенности функционирования информационных потоков и процессов ИС в соответствии с требованиями возможных пользователей. По сути дела, необходимо было по определенным правилам строить информационные модели с использованием компьютерных технологий. Работа оказалась очень сложной для обучающихся. Отсутствие навыков построения информационных моделей не позволяло им быстро и осознанно выполнять задания лабораторных работ.
Согласно нашим наблюдениям, подтверждаемым другими исследованиями, у обучающихся плохо сформированы знания моделирования, несмотря на то, что моделирование является не только средством обучения, но и предметом изучения. Так, Л.М. Фридман подчеркивает, что обучающиеся не знают, что имеют дело с моделями, изучают модели, что, решая задачи, они моделируют [1]. А.С. Турчин отмечает, что моделирование не становится предметом специального рассмотрения и формирования, поэтому полноценное содержание деятельности моделирования не вырабатывается ни у младших школьников, ни у студентов вузов [2]. Знания
моделирования как способа познания и исследования формируются у обучающихся стихийно. Как отмечает Е.В. Шугалей, «обучение происходит путем случайного накопления стратегий, наиболее соответствующих фильтрам восприятия ученика» [3].
Отметим, во-первых, что в информатике присутствует линия моделирования и формализации и «одним из основных учебных умений, которое должно формироваться в курсе информатики, как в школах, так и вузах является информационное моделирование» [4]. По результатам регулярного опроса первокурсников, который мы проводим в рамках изучения информатики, большинство студентов не имеют ясного представления о моделях и моделировании и оперируют лишь интуитивными представлениями. Например, 71 % опрошенных студентов отметили, что не изучали в школьном курсе информатики раздел «Моделирование и формализация», 27 % ответили, что изучали поверхностно, и только 2 % - основательно (опрос 286 студентов, 2010, 2012 и 2015 гг.).
Во-вторых, моделирование находит применение в преподавании различных дисциплин: модель используют как средство обучения и объект действия, а моделирование - как учебное действие. Но в процессе обучения методологические знания моделирования формируются слабо. Применяя модели и действия моделирования в обучении, не все учителя употребляют явно термины «модель» и «моделирование», объясняют особенности выполнения приемов и операций, составляющих деятельность моделирования. Лишь элективные школьные курсы, выстраивающие обучение с использованием модельного подхода к решению предметных задач, отдельные педагоги формируют у обучающихся знания и умения моделирования в процессе обучения. Поэтому искусством строить модели ученики овладевают стихийно, сами того не подозревая.
Трудности, которые возникли у бакалавров при изучении проектирования, на наш взгляд, были связаны со слабо сформированными навыками самостоятельного выполнения логических операций познания и приемов моделирования, которые требуется выполнять для анализа объектов исследования и построения моделей этих объектов в деятельности моделирования.
Для выполнения заданий по дисциплине «Методы и средства проектирования информационных систем и технологий» обучающимся необходимо было сначала овладеть знаниями информационного моделирования. Были определены понятия: модели, информационной модели, средств моделирования; разъяснены суть и назначение моделей и моделирования, этапы моделирования, логические операции и приемы, используемые при выполнении моделирования при построении модели. При этом специальные знания проектирования - правила, нотации, специфика строящихся моделей уходили на второй план и усваивались быстро, в контексте построения информационных моделей.
Опыт информационного моделирования, который студенты приобрели при изучении дисциплины «Методы и средства проектирования информационных систем и технологий», сыграл положительную роль в дальнейшем их обучении, уже в магистратуре.
В рамках дисциплин магистратуры «Системная инженерия» и «Средства автоматизированного проектирования информационных систем» обучающимся была предложена учебная деятельность по проектированию информационных систем с использованием других инструментальных средств проектирования. В учебной группе были обучающиеся, которые уже приобрели опыт построения информационных моделей, и были те, кто выполнял деятельность моделирования впервые. Первая группа обучающихся осознанно и увлеченно выполняла индивидуальную работу. Задача для них состояла в применении новых алгоритмов, методов, прикладных программ, автоматизирующих создание описательных моделей и программного кода проекта. Вторая группа столкнулась с трудностями из-за отсутствия знаний моделирования и навыков построения информационных моделей. В контексте
решения задач проектирования с некоторыми трудностями были приобретены умения и навыки построения информационных моделей.
Таким образом, можно утверждать, что навыки информационного моделирования могут приобретаться в ходе осознанной практической работы с моделями. При этом подчеркнем, что для обучения моделированию необходимо исходить из следующего понимания деятельности моделирования. Моделирование -целостная, взаимосвязанная и взаимообусловленная совокупность логических операций познания (сравнение, классификация, систематизация, обобщение, конкретизация, построение умозаключений, идеализация (построение абстракций)), приемов моделирования (наблюдение, анализ, синтез, аналогия, построение гипотез, формализация), применяемых как к объекту при построении его модели, так и к модели в ходе ее исследования, и практических действий моделирования (построение модели, оперирование моделью (вычитание, сложение, дополнение - работа с элементами модели, перестраивание и видоизменение модели), реализация модели, экспериментирование, интерпретация, верификация, замена модели)), выполняемых с целью построения модели объекта изучения и получения с ее помощью знаний о нем [5, с. 27].
Подход к обучению моделированию в системе непрерывного образования
Если обратиться к анализу изучения моделирования в школе и вузе, то можно в очередной раз констатировать, что в настоящее время отсутствует концептуальный подход к обучению моделированию. Знания, приобретаемые обучающимися в школе, в лучшем случае представляют отдельные действия моделирования. Поэтому деятельность моделирования часто не осознается обучающимися как процесс, состоящий из этапов, включающий логические операции познания, приемы и действия моделирования для построения и анализа модели. Это создает трудности при выполнении учебной деятельности, особенно сложной, какой является деятельность проектирования. Необходимость готовить специалистов к реальной жизни, в которой особое значение приобретают «не отдельные предметы и явления, а их модели, основанные на взаимосвязях и взаимозависимостях» еще раз подтверждает важность формирования при обучении знаний, умений и навыков моделирования.
Кроме того, если обучающиеся имеют достаточные навыки работы с моделями, осознанно выполняют действия моделирования, работают с моделями систематически, то они формируют концептуальные знания моделирования, влияющие на обучение и учение. А модели и моделирование превращаются в средства, оптимизирующие процесс обучения: позволяют повысить действенную наглядность обучения; помогают объяснению и активизируют учебно-познавательную деятельность; формируют фундаментальные методологические знания моделирования; влияют на формирование научного мировоззрения и информационной культуры; вооружают обучающихся эффективными приемами организации и реализации познавательной деятельности, способными помочь сформировать стиль учения для дальнейшего уверенного выполнения универсальных учебных действий.
Мы предлагаем поэтапное обучение моделированию в различных дисциплинах в разных звеньях школы, которое может осуществляться путем включения моделей и моделирования, как в содержание обучения, так и в организацию обучения с учетом передового педагогического опыта по использованию моделирования. На каждом этапе знания формируются по уровням освоения
составляющих метода моделирования: пропедевтический, практический и исследовательский.
Пропедевтический этап обучения моделированию на наш взгляд не должен быть связан с введением особых задач и учебных действий, а должен быть нацелен на понимание и осознание обучающимися тех логических операций познания, которые формируются при выполнении обычных задач содержания учебных дисциплин и которые в дальнейшем будут актуализированы и использованы как составляющие метода моделирования. Необходимо также использовать функцию наглядности моделей; осваивать основные термины моделирования при оперировании знаково-символическими средствами. Эти суждения перекликаются с одним из принципов, положенных в основу программы обучения учащихся младших классов анализу и решению задач на основе модельного подхода. Суть его состоит в том, что для обучения решению задач и для построения моделей необходим подготовительный этап, с которого должно начинаться обучение. Подготовительный этап призван сформировать умения переводить задачи на язык знаков и символов, выполнять логические приемы познания и действия моделирования. Этот этап может начинаться не только в начальной школе, но и в дошкольном обучении. Модели и моделирование применяются в дошкольном воспитании для представления новых знаний, для разрешения проблемных ситуаций, для лучшего запоминания (А.С. Казанцева), для обучения развитию речи, рассказыванию (А.Б. Ланникова). При этом используются натурные и образные модели, заменяющие объекты изучения или представляющие характеристики этих объектов, строятся динамические или пространственные модели, поясняющие происходящие события, модели-планы, отслеживающие последовательность событий в литературных произведениях.
«На использовании наглядных моделей основаны многие методы дошкольного обучения, например, метод обучения дошкольников грамоте (Л.Е. Журова, Д.Б. Эльконин) предполагает построение и использование наглядной модели звукового состава слова» [6].
Широкое применение модели и действия моделирования находят при обучении математике уже в начальной школе. Задача на наш взгляд состоит здесь в том, чтобы явно использовать основные термины и понятия моделирования, явно указывать на используемые логические операции, приемы и практические действия моделирования, средства моделирования и выделять метод моделирования.
Практический этап обучения моделированию мы связываем с выполнением операций с моделью. В русском языке можно использовать построение моделей, например, при изучении сложных правил, правил с исключениями для лучшего их понимания и запоминания. Форма модели может быть любой, можно обсудить и оптимальность представления правила (схема, таблица, рисунок и др.). При выполнении такого задания используют все основные этапы метода моделирования. Наглядны операции с моделью, выполняемые в геометрии и стереометрии.
Т.Н. Гильгенберг отмечает, что «метод моделирования на уроках литературы применяется как один из способов работы с теоретическим понятием или текстом». [7, с. 116-119]. Мы согласны с мнением Т.Н. Гильгенберг, что на уроках русского языка можно использовать метод моделирования при изучении морфемики, словообразования, орфографии, синтаксиса и пунктуации. «Эти разделы языка трудны для изучения, а метод моделирования помогает избежать путаницы понятий, явлений, признаков» [Там же].
Исследовательский этап посвящен целенаправленному обучению применения метода моделирования как способа познания. «На уроках литературы, особенно в старших классах, может быть использован нетрадиционный метод обучения -моделирование опорных схем-конспектов (ОСК). ОСК - это не что иное, как модель, которая может преобразовываться в зависимости от прочтения, понимания, осознания текста» [7, с. 116-119]. Построение и использование ОСК требует выполнения всех
основных этапов (анализ произведения, построение на его основе схемы-конспекта, формализация, применение - использование при ответе на уроке, изменение во время обсуждения) метода моделирования.
Применение этапов моделирования в математических дисциплинах связываем с решением текстовых задач, встречающихся во всех звеньях школы. Это такие этапы как: «анализ текста задач, перевод текста на язык моделей, работа с моделью, соотнесение результатов» [8].
В вузе необходимо при изучении различных дисциплин: содержание представлять с помощью моделей: объяснять научные результаты изучаемой дисциплины с помощью демонстрации применения метода моделирования к решению конкретных проблем; при подготовке учебной информации находить наиболее подходящие модельные средства ее представления в целях оптимизации обучения. В явном виде пояснять используемые модельные средства и возможность перехода к другим модельным средствам представления; использовать логические операции, приемы и учебные действия моделирования с указанием в явном виде в объяснении; использовать метод моделирования в качестве метода обучения.
В вузе базовый курс информатики должен содержать раздел «Моделирование и формализация», в котором будут представлены основные понятия: модель, моделирование, метод моделирования, классификации моделей, средства моделирования (особо выделены средства компьютерного моделирования). Специальные курсы информатики должны обобщать ранее накопленные знания и умения моделирования, формировать новые знания информационного моделирования, применяемые в конкретной профессиональной деятельности. Научно-исследовательская работа в вузе должна формировать компетенции для реализации различных предметных моделей с применением информационных технологий.
Возможности реализации подхода
Для реализации предложенного подхода существуют объективные условия, состоящие в наличии в информатике линии «Моделирование и формализация», в содержании которой изучается моделирование, и использовании моделей и действий моделирования для организации обучения в различных дисциплинах школы и вуза.
Цель предлагаемого подхода - сформировать знания о методе моделирования как о методе объективном; методе универсальном; методе самообразования. Важно, чтобы обучающиеся рассматривать моделирование не только как научную и абстрактную категорию а как практически значимое и доступное средство и умели использовать его в любой своей деятельности. Суть подхода состоит в непрерывном формировании обучающимися деятельности моделирования на всех этапах обучения посредством осознанного отношения педагогов к важности формирования этой деятельности и путем явного введения ими моделей и моделирования в учебную деятельность и содержание обучения. Этот подход позволит обучающимся непрерывно в различных школьных дисциплинах приобретать компетенции моделирования (табл.).
Таблица. 1
Компетенции моделирования, формируемые обучающимися в различных
учебных дисциплинах
Этап обучения Формируемые компетенции
Пропедевтический знать понятия «знаково-символическая деятельность», «модель», «моделирование» знать, что основные логические приемы познания являются составной частью метода моделирования уметь сравнивать
уметь классифицировать, систематизировать уметь обобщать уметь конкретизировать уметь делать предположения и выводы уметь замещать изучаемые объекты знаками уметь оперировать знаками
Практический знать понятия «знаково-символическая деятельность», «модель», «моделирование» знать, что основные логические приемы познания являются составной частью метода моделирования знать для чего применяются модели и моделирование в учебной деятельности уметь планировать и проводить наблюдение уметь анализировать уметь осуществлять синтез уметь проводить аналогии уметь строить гипотезы уметь осуществлять формализацию - строить модели уметь использовать модели в учебной деятельности
Исследовательский знать понятия «модель», «моделирование», «средства моделирования» знать классификации моделей знать средства моделирования знать этапы моделирования уметь применять логические приемы познания уметь строить гипотезы уметь строить модели уметь оперировать моделью (осуществлять вычитание, сложение, дополнение, перестраивание и видоизменение модели) уметь реализовать модель с помощью средств моделирования уметь проводить эксперименты с моделью уметь осуществлять интерпретацию, верификацию модели уметь делать выводы на основе исследования модели
Обучение моделированию мы считаем залогом успешного выполнения обучающимися различных видов учебной деятельности и приобретения методологических знаний и умений моделирования, обеспечивающих их готовность к непрерывному самостоятельному достраиванию знаний и умелому и творческому выполнению ими в дальнейшем любой современной деятельности. Мы присоединяемся к мнению многих исследователей, указывающих на то, что деятельность моделирования требует специального формирования и должна становиться объектом организованного обучения.
Литература
1. Фридман Л.М. Наглядность и моделирование в обучении / Л.М. Фридман. - М.: Знание, 1984. - 80 с. URL: http://pedüb.ru/Books/5/0155/5 0155-1.shtml (дата обращения: 20.06.2016).
2. Турчин А.С. Моделирование и обучение // Психология Онлайн URL:http://www.psYchological.ru/default.aspx?s=0&p=75&0a1=932&0o1=2&0s1=0 (дата обращения: 25.05.2014).
3. Шугалей Е.В. Перспективы применения методологии НЛП к моделированию процессов динамического обучения // Материалы конференции "Многомерный мир: НЛП методология и моделирование
URL:http://www.nlp.ru/center/e/dynamic.html (дата обращения: 25.05.2014).
4. Юнов С.В., Юнова Н.Н. Методическая система обучения электронным таблицам студентов гуманитарных специальностей вузов. // Международный конгресс конференций "Информационные технологии в образовании" (ИТ0-2003). URL: http://ito.edu.ru/2003/I/3/I-3-2194.html (дата обращения: 28.07.2011).
5. Ядровская М.В. Модели и моделирование в педагогике. Монография. Ростов-на-Дону, 2014. - 358 с.
6. Анисимова С.Е. Моделирование в обучении детей URL:http://anisimova.ucoz.ru/publ/stati/mnemotekhnika/modelirovanie v obuchenii det ej/8-1-0-2 (дата обращения: 25.05.2014).
7. Гильгенберг Т.Н. Моделирование как способ формирования у школьников ключевых компетенций и целостного представления о картине мира (на материале предметов русский язык и литература) // Педагогика: традиции и инновации: материалы междунар. заоч. науч. конф. (г. Челябинск, октябрь 2011 г.). Т. I. Челябинск: Два комсомольца, 2011. - С.116-119.
8. Буренкова Н.В. Моделирование как способ формирования обобщенного умения решать задачи: автореф. дис....канд. пед. наук: 13.00.01 / Буренкова Наталья Владимировна. - Москва, 2009. - 208 с.
URL:http://www.dissercat.com/content/modelirovanie-kak-sposob-formirovaniya-obobshchennogo-umeniya-reshat-zadachi (дата обращения: 18.06.2014).
