CC BY
94
АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ РАЗВИТИЯ СОДЕРЖАТЕЛЬНОЙ ЛИНИИ «МОДЕЛИРОВАНИЕ И ФОРМАЛИЗАЦИЯ» ШКОЛЬНОГО КУРСА ИНФОРМАТИКИ
Можаров Максим Сергеевич, к.п.н., доцент, зав. кафедрой «Теория и методика преподавания информатики» ГОУ ВПО Кузбасская государственная педагогическая академия; (3843)74-18-60;
тодагоу@уа ndex.ru Коткин Сергей Дмитриевич, к.п.н., доцент кафедры
«Автоматизация производственных процессов» ГОУ ВПО Кузбасская государственная педагогическая академия; (3843) 74-18-60; ksd@kuzspa.ru
В статье рассматривается новый подход к содержанию школьного курса «Информатика и информационные технологии», обосновывается
необходимость
унифицированного
моделирования.
Ключевые слова: информационные информационные унифицированный моделирования УМ1_
применения языка
информатика, технологии, модели, язык
Mozharov Maxim Sergeevich PhD, associate professor, head of the Department of Theory and Methodology of Teaching Computer Studies, Kuzbass State Pedagogical Academy(3843)74-18-60; moqarov@yandex.ru Kotkin Sergey Dmitrievich PhD, associate professor of the Department of the Computer-aided Manufacturing,
Kuzbass State Pedagogical Academy; (3843) 74-18-60; ksd@kuzspa.ru
ACTUAL PROBLEMS OF MEANINGFUL LINES "MODELING AND
FORMALIZATION OF" SCHOOL INFORMATICS COURSE
The article is focused on the new approaches in theacing the course of "Computer Studies and Information Technologies" in school. The authors ground the nessessity of using a unified modeling language.
Key words: Computer Studies, information technologies, information models, unified modeling language UML
Современные тенденции развития информационных технологий выдвигают изучение вопросов, связанных с моделированием и формализацией, в число основных задач курса информатики как в школе, так и в вузе. Универсальность информационного моделирования позволяет нам рассматривать его как важный компонент формирования представлений школьников о научных основах информационных технологий. Это, в первую очередь, обусловлено двойственностью информационного моделирования, которому И.И. Раскина дает следующую характеристику: «С одной стороны, это целенаправленный информационный процесс, обладающий четко выраженной технологичностью... С другой стороны, информационное моделирование - это инструмент, используемый для построения других информационных технологий» [9].
Выполненный нами анализ государственных стандартов и примерных программ основного общего и среднего (полного) общего образования по информатике и информационным технологиям, а также других нормативных документов, показал, что построение современного школьного курса информатики уже сейчас осуществляется с опорой на основные понятия содержательной линии «Моделирование и формализация». Таким образом, в развитии предмета «Информатика и информационные технологии» явно прослеживается тенденция расширения и усиления значимости содержательной линии «Моделирование и формализация» наряду с линиями «Информация и информационные процессы» и «Представление информации» как составляющих теоретическую основу этого курса. Однако, как отмечает Н. Н. Самылкина [10], содержательная линия «Моделирование и формализация» - самая новая в школьном курсе информатики, поэтому выделение в ее рамках основных понятий и разработка методики преподавания еще не завершены. В то же время, огромное количество публикаций, появившихся в последнее время, свидетельствует о большом интересе как ученых, так и педагогов-практиков к решению проблемы формирования концептуальных основ обучения технологии информационного моделирования в школе.
С нашей точки зрения, основные понятия данной содержательной линии являются мощным аналитическим средством на современном этапе развития курса «Информатика и информационные технологии», поскольку построение школьного курса информатики с опорой на эти понятия позволяет не перегружать изучаемый материал лишней терминологией, связать воедино все содержательные линии курса и, что очень важно для учащихся, преодолеть противоречие между постоянной потребностью учащихся строить и использовать в процессе обучения информационные модели и неумением это делать [10].
Изучение содержательной линии «Моделирование и формализация» в школьном курсе информатики позволяет учащимся приобрести опыт проектной деятельности, построения компьютерных моделей, коллективной реализации информационных проектов, информационной деятельности в различных сферах, востребованных на рынке труда, как того и требует новый стандарт. Таким образом, изучение моделирования и формализации позволяет решить одну из главнейших задач школьного курса информатики - формирование у учащихся системно-информационной картины мира.
В работе Г. И. Баврина описываются теоретические и методические предпосылки использования информационного моделирования в обучении [1]:
• гносеологические требования к информационному моделированию, связанные с учетом принципов учебно-познавательной деятельности, в процессе которой информационная модель используется в качестве специфического способа отражения реального мира, абстракции и научного объяснения;
Экономика, Статистика и Информатика ЛД
2010
• использование информационных дает возможность в процессе обучения наглядно изучить и исследовать абстрактные объекты;
• границы использования информационного моделирования в дидактическом процессе зависят всего от правильного учета психологических и возрастных особенностей учащихся.
Информационный аспект
моделирования акцентируется в работах Дж. Кемени, Дж. Снелла, Н. Н. Моисеева [6], Ю. А. Тихомирова и др. Например, Н. Н. Моисеев под моделью понимает упрощенное, упакованное знание, несущее вполне определенную, ограниченную информацию о предмете (явлении)», отражающее те или иные его отдельные свойства. «Модель содержит в себе потенциальное знание, которое человек, исследуя ее, может приобрести, сделать наглядным и использовать в своих практических жизненных нуждах. Для этих целей в рамках самих наук развиты специальные методы анализа. Именно этим и обусловлена предсказательная способность модельного описания» [6].
Переход же от структурной методологии построения
информационной картины мира к объектно-ориентированной
Как отмечают многие ученые, для полноценного овладения моделированием как универсальным методом познания, учащиеся должны самостоятельно осуществлять этот процесс в ходе обучения, в том числе для изучения с помощью него различных явлений, что, по мнению Л. М. Фридмана, «существенно меняет и отношение к знаниям, делает учебную деятельность более осмысленной и продуктивной» [13]. Это требование делает актуальным выбор языка представления моделей как инструмента для данного вида деятельности, поскольку, как отмечают А. А. Кузнецов, С. А. Бешенков и Е. А. Ракитина, «важнейшим свойством информационной модели является ее адекватность моделируемому процессу. Выбор формы представления процесса, т.е. выбор языка, определяется задачей, которая в данный момент решается субъектом» [3]. В подтверждение наших слов можно привести мнение академика А. М. Новикова, который утверждает, что общеобразовательная школа должна обеспечить выпускнику такую языковую подготовку, чтобы он в дальнейшем имел возможность осваивать любую науку, любую
Турчина: «язык вообще - это моделей определенный способ сопоставления объектам К, которые рассматриваются как некоторая первичная реальность, объектов L, называемых именами R. и рассматриваемых как нечто вторичное, специально созданное для прежде сопоставления объектам К» [12]. Стоит привести интересное и образное определение языка, принадлежащее В. А. Тузову: «Язык - средство описания информационных процессов»[11]. Представление любого процесса, в частности, информационного, в некотором языке, в соответствии с классической методологией познания, является моделью (соответственно, информационной моделью). Тогда, под языками моделирования понимаются искусственные системы, имеющие хорошо формализованные наборы правил перехода от объекта к модели. Подобного подхода к определению этого термина придерживаются многие авторы. В частности, И. О. Одинцов называет языком моделирования набор правил, определяющих построение моделей (упрощенного представления реальности), включающий их визуализацию и определение структуры и поведения [8]. Резюмируя, можно отметить, что язык моделирования включает: элементы модели фундаментальные концепции моделирования и их семантику; • нотацию - визуальное представление элементов
моделирования;
деятельность. С его точки зрения, методологии, являющейся мощнымминимально достаточным набором • средством моделирования поведения различных языков описания процесса объектов а также отношения между решения проблемы, для построения ними практически в любой предметнойсодержания общего среднего области, привел к радикальному образования является:
изменению школьного курса • родной язык, русский язык и
информатики, в частности, киностранные языки как средства • руководство по использованию -необходимости обновления как получения и переработки любой правила применения элементов в
важнейших содержательных линий информации и как средства общения; рамках построения моделей
базового курса - «Моделирование и • язык математики как предметной области,
формализация», «Основыуниверсальный язык построения Таким образом, формальный язык
алгоритмизации и программирования», формальных моделей окружающей имеет две основные функции:
так и профильных курсов, действительности, который может
ориентированных на моделирование ибыть использован при изучении любой
программирование [4]. Как отмечают Н. В. Макарова и Ю. Ф. Титова, «объектный подход к изучению окружающего мира интуитивно свойственен каждому человеку» [5], и в задачи современного школьного курса информатики входит расширить интуитивные
представления об объекте, которые сформированы у ребенка с детства.
отрасли научного знания или при овладении любой профессиональной деятельностью; • язык информатики, который сегодня необходим любому человеку в любой сфере человеческой деятельности [7]. Мы опираемся на определение языка, приведенной в работе В. Ф.
коммуникативную и моделирующую, В настоящее время выделяют два поколения языков моделирования -первое, появившееся в середине 70-х годов XX века, к которому относятся языки структурного системного анализа и проектирования и второе поколение, включающее объектно-ориентированные языки
моделирования, начавшие появляться в конце 70-х годов прошлого века и
№1,2010
получившие массовое распространение в начале 90-х.
По своему назначению языки моделирования могут быть разделены на три группы:
• языки описания архитектур (языки проектирования «в большом») -предоставляют средства для моделирования концептуальной программной архитектуры;
• языки проектирования модулей (языки проектирования «в малом»);
ориентированной парадигме
информационного моделирования. Одним из кандидатов на эту роль является унифицированный язык моделирования (Unified Modeling Language, UML), ставший преемником поколения языков объектно-ориентированного анализа и проектирования, появившегося в конце 80-х и начале 90-х годов XX века. Главными задачами при разработке
связанного графа с вершинами (сущностями) и ребрами (отношениями). Как отмечается в работе М. П. Лапчика, И. Г. Семакина и Е. К. Хеннера, в базовом курсе информатики основное внимание уделяется моделированию объектов и процессов [4]. Для этих целей в UML предусмотрено семь видов диаграмм, которые служат как для моделирования статической структуры системы, так и поведения:
унифицированного языка
• языки спецификаций.моделирования его создатели Гради Буч, • диаграмма классов (class diagram), Отдельно выделяют еще две группы Джеймс Рамбо и Ивар Якобсон считали диаграмма объектов (object diagram), языков моделирования, являющиеся следующие: диаграммы реализации (implementation
вспомогательными с точки зрения • предоставить пользователям diagrams), диаграмма вариантов
первых трех групп, - языки готовый к использованию использования (use case diagram),
моделирования данных и языкивыразительный язык визуального • диаграмма состояний (statechart моделирования знаний. моделирования, позволяющий diagram), диаграмма деятельности
В статье А. А. Кузнецова, С. А. разрабатывать осмысленные модели и (activity diagram) и диаграммы
Бешенкова и Е. А. Ракитиной [3] обмениваться ими; взаимодействия (interaction diagrams),
отмечается, что информационные^ предусмотреть механизмы Диаграмма классов служит для
процессы являются фундаментальным понятием в современной картине мира, поскольку они отражают феномен реальности, связанный с понятием информации, важность которого в развитии биологических, социальных и технических систем сегодня уже не подвергается сомнению. На основании этого утверждения можно выдвинуть тезис о необходимости внедрения в содержание школьного курса^ «Информатика и информационные технологии» языка моделирования информационных процессов и систем, являющегося универсальным и разделяемым большинством
специалистов, как в области информационных технологий, так и в областях с ней смежных.
Поскольку центральными
понятиями содержательной линии «Моделирование и формализация» школьного курса «Информатика и информационные технологии» стали
расширяемости и специализации для расширения базовых концепций; • обеспечить независимость от
представления статической структуры модели системы в терминологии классов объектно-ориентированного программирования. Диаграмма классов не содержит информации о временных аспектах функционирования системы, Диаграмма объектов используется, когда надо рассмотреть взаимосвязи между отдельными экземплярами классов.
рост рынка Диаграммы реализации отражают ориентированных особенности реализации системы,
Имеется два вида диаграмм реализации: диаграмма компонентов (component diagram) и диаграмма развертывания (применения, размещения) (deployment diagram). Диаграмма компонентов предназначена для моделирования иерархии компонентов (подсистем) системы, а диаграмма размещения - для моделирования физической
архитектуры системы, она отображает физические взаимосвязи между программными и аппаратными компонентами системы,
конкретных языков программирования и процессов разработки; • обеспечить формальную основу для понимания этого языка моделирования (язык должен быть одновременно точными доступным для понимания, без лишнего формализма); стимулировать объектно
инструментальных средств; • интегрировать лучший практический опыт.
Унифицированный язык
моделирования включает три вида строительных блоков: сущности, отношения и диаграммы. Сущности представляют собой абстракции, являющиеся основными элементами модели. В языке есть четыре типа сущностей: структурные,
поведенческие, группирующие и аннотационные. Отношения являются
такие понятия как объект и его характеристики, информационноеосновными связующими Диаграмма
моделирование как метод исследования строительными блоками.
объекта, на наш взгляд, в качестве языка Унифицированный язык
моделирования в школьном курсе моделирования вводит четыре
«Информатика и информационные базисных отношения: зависимость,
технологии» должен использоватьсяассоциация, обобщение и реализация. язык построения информационных Диаграммы - это графические
моделей второго поколения, представления набора элементов,
основанный на объектно- изображаемых чаще всего в виде
вариантов использования предназначена для моделирования сценариев,
позволяющих лучше понять требования к системе.
Диаграмма состояний отражает модель поведения объектов в реальном или абстрактном мире, она используется для моделирования
Экономика, Статистика и Информатика лд №1, 2010
поведения объектов системы при переходе из одного состояния в другое.
Диаграмма деятельности
предназначена для детализации особенностей алгоритмической и логической организации выполняемой системой операций. Эта диаграмма используется для моделирования поведения системы в рамках различных вариантов использования или моделирования деятельностей. Диаграммы деятельности можно считать частным случаем диаграмм состояний.
Диаграммы взаимодействия используются для моделирования процесса обмена сообщениями между объектами. Существуют два вида диаграмм взаимодействия: диаграмма последовательности (sequence diagram) и диаграмма кооперации (collaboration diagrams). Диаграмма
последовательности предназначена для моделирования взаимодействия объектов системы во времени, а диаграмма кооперации - для графического представления всех структурных отношений между объектами, участвующими во взаимодействии.
В настоящее время
унифицированный язык
моделирования широко применяется в процессе визуального моделирования, объектно-ориентированного анализа и проектирования информационных систем [2], при разработке Web-приложений, создании электронных учебных изданий и др. Кроме того, российскими учеными-педагогами в последние годы был проведен ряд научных исследований, в которых была обоснована целесообразность и эффективность использования
унифицированного языка
моделирования на отдельных этапах процесса обучения объектно-ориентированному программированию в профильных курсах на старшей ступени школы. С опорой, в частности, на эти результаты, данная концепция была реализована нами, в образовательном процессе многопрофильной гимназии № 44 г. Новокузнецка Кемеровской области.
Таким образом, основным
направлением модернизации
содержательной линии «Моделирование и формализация» школьного курса «Информатика и информационные технологии» является переход от структурной к объектно-ориентированной парадигме
моделирования, что является отражением тенденций развития использования информационных технологий моделирования в различных сферах, в том числе в научной и инженерной деятельности. А использование для поддержки концепции построения школьного курса информатики с опорой на основные понятия содержательной линии «Моделирование и
формализация» на основе объектно-ориентированного подхода
соответствующих языковых средств, из которых наиболее адекватным с точки зрения решения поставленных задач является унифицированный язык моделирования, приводит к увеличению востребованности
полученных в школе знаний и умений, как в процессе последующего профессионального обучения, так и в профессиональной деятельности.
Литература
1. Баврин Г. И. Информационные модели систем организации учебно-воспитательного процесса // Информатика и образование. - 2003. -№12.-С. 123-125.
2. Вендров А. М. Проектирование программного обеспечения экономических информационных систем. - М.: Финансы и статистика, 2000. - 352 с.
3. Кузнецов А. А., Бешенков С. А., Ракитина Е. А. Современный курс информатики: от концепции к содержанию // Информатика и образование. - 2004. - № 2. - С. 2-6.
4. Лапчик М. П., Семакин И. Г., Хеннер Е. К. Методика преподавания информатики / Под общей ред. М.П. Лапчика. - М.: Академия, 2001. - 624 с.
5. Макарова Н. В., Титова Ю. Ф. О подходах к определению базовых понятий раздела «Моделирование» в школьном курсе информатики // Информатика и образование. - 2004. -
№ 9. - С. 2 -10.
6. Моисеев Н. Н. Математика в социальных науках // Математические методы в социологическом исследовании. - М., 1981. - 166 с.
7. Новиков А. М. Методология образования. - М.: Эгвес, 2002. - 320 с.
8. Одинцов И. О. Профессиональное программирование. Системный подход. -СПб.:БХВ, 2002. -512 с.
9. Раскина И. И. Изучение моделирования и формализации в школьном курсе информатики как компонентов научных основ информационных технологий // Информатика и образование. - 2004. -№7. -С. 109-112.
10. Самылкина Н. Н. Методика преподавания содержательной линии «Моделирование и формализация» // Информатика и образование. - 2003. -№2. -С. 25-31.
11. Тузов В. А. Языки представления знаний. - Л.: Изд-во ЛГУ, 1990. - 120 с.
12. Турчин В. Ф. Феномен науки: кибернетический подход к эволюции. -М.: ЭТС, 2000. -366с.
13. Фридман Л. М. Моделирование в учебной деятельности // Формирование учебной деятельности школьников. - М.: Педагогика, 1982. -215 с.
References
1. Bavrin G.I. Information model systems for the educational process. Computers and Education. - 2003. - №12. -p. 123-125.
2. Vendrov A. Software design of economic information systems. - Moscow: Publisher "Finances and Statistics", 2000352 p.
3. Kuznetsov A.A., Beshenkov S.A, Rakitina E.A. Modern informatics course: from concept to content. Computers and Education. - 2004.- № 2. - p. 2 - 6.
4. Lapchik M.P, Semakin I.G, Henner E.K Methods of teaching informatics Tugelbayeva red. M.P. Lapchika. -Moscow: Publisher "Academy", 2001. - 624
P
5. Makarova N. V., Titova Y. F. On
the
approaches to the definition of basic concepts section "Modeling" in the school course of Informatics. Computers and Education. - 2004. - № 9. - p. 2-10.
№1,2010
6. Moiseev.NN Mathematics in Social Sciences. Mathematical Methods in sociological study. - Moscow, 1981. - 166
P
7. Novikov A.M. Methodology for education. - Moscow, Publisher "Egves", 2002. - 320 p.
8. Odintsov I.O. Professional programming. Systems approach. -St.Petersburg, 2002. - 512 p.
9. Raskina I.I. Study of modeling and formalization of school course in informatics as a component of the scientific foundations of Information Technology. Computers and Education. - 2004. - № 7. -p.109-112.
10. Samylkina N.N. Methods of teaching content through "Modeling and formalization". Computers and Education. -2003.-№2. -p. 25-31.
11. Tuzov V.A. Languages knowledge representation. - Leningrad: Publisher LGU, 1990. -120 p.
12. Turchin V.F. The Phenomenon of science: a cybernetic approach to evolution. - Moscow, 2000. - 366 p.
13. Friedman L.M. Simulation in training activities / / Formation of learning activity of schoolchildren. - Moscow: Publisher "Pedagogy", 1982. - 215p.
Экономика, Статистика и Информатика Д №1,2010
