CC BY
60
УДК 371.38 ББК 74.2
информационное моделирование
как инструмент формирования универсальных учебных действий*
I СА. Бешенков, М.И. Шутикова, О.В. Лысенкова
Аннотация. В статье рассматриваются возможности информационного моделирования как адекватного инструмента формирования универсальных учебных действий, а также широкого круга компетенций, сформулированных в Федеральном государственном образовательном стандарте второго поколения. На основе формирования знаний в области моделирования, коммуникативных универсальных учебных действий учащиеся приобретают ИКТ-компетентность для построения умозаключений, анализа информации с целью принятия решений, построения прогнозных моделей, применяя средства информационных и коммуникационных технологий.
Ключевые слова: информатика, информационная модель, моделирование, универсальные учебные действия, компетенции.
information modeling as a way of developing universal educational actions
I S.A. Beshenkov, M.I. Shutikova, O.V. Lysenkova
Abstract. The article discusses the possibility of information modeling as an adequate tool for the development of universal learning activities, as well as a wide range of competencies set out in the federal state educational standards of the second generation. On the basis of the knowledge formation in the field of modeling of communicative purpose of learning activities students acquire ICT - competence for the construction of reasoning, analysis of information to decision-making, constructing predictive models using the tools of information and communication technologies. On the basis of the formation of knowledge in the field of modeling of communicative purpose of learning activities, students acquire ICT-competence for the construction of
173
* Издается при поддержке гранта Российского гуманитарного фонда, проект № 14-06-00138 «Интегрированные профильные курсы (на базе общеобразовательного курса информатики) как средство формирования информационной, исследовательской, экологической культуры учащихся».
reasoning, analysis of information for decision-making, constructing predictive models using the tools of information and communication technologies.
Keywords: computer science, information model, modeling, universal educational actions, competence.
174
В познавательной и практической
деятельности мы, как правило, имеем дело не столько с реальными объектами, сколько с их моделями. Решение возникающих задач требует построения разных моделей. Наиболее общим видом моделей являются информационные модели, то есть некоторые описания на одном из языков кодирования информации. Базовым элементом информационной модели является знак. Такие модели занимают значительное место в разных сферах человеческой деятельности, а в некоторых видах деятельности, например, в познавательной или коммуникативной, они преобладают.
В современном общеобразовательном курсе информатики школьники учатся использовать, строить и оценивать информационные модели. Более того, именно информационная модель является ведущим понятием курса, а деятельность по созданию и оценке моделей приобретает все большее значение. Модель — это инструмент решения реальных, а не выдуманных авторами учебников задач, вроде труб и бассейнов. Она приучает находить главное, отбрасывать второстепенное, самостоятельно принимать решения. Но модель — это не только решение задач. Работа, общение, игра и, вообще, вся жизнедеятельность человека невозможна без моделей.
Основной информационной моделью в информатике является по-
нятие алгоритма — модель деятельности исполнителя по решению задачи или достижению поставленной цели, обладающая при этом рядом особенностей, позволяющих эту деятельность автоматизировать.
В других предметных областях (физика, биология, язык и др.) информационные модели также очень важны, хотя сам термин «информационная модель» практически не используется вне рамок курса информатики.
Фактически школьники начинают заниматься моделированием с 1-го класса, что еще раз подчеркивает мысль, что деятельность моделирования фактически является одним из видов универсальных видов учебной (и познавательной) деятельности. Однако до настоящего времени единственным предметом, в котором формируется инструментарий информационного моделирования (понятия знака, знаковой системы, информации, свойств информационной модели, а также деятельность по моделированию, формализации), является общеобразовательный курс информатики. В других предметных областях эти понятия и виды деятельности используются для решения предметных задач.
Ситуация кардинально изменилась с момента принятия Федеральных государственных образовательных стандартов. Развитие универсальных учебных действий, в рамках
этого стандарта, стало одной из ключевых задач общего образования.
В составе основных видов универсальных учебных авторы Программы развития универсальных учебных действий (А.Г. Асмолов, О.А. Ка-рабанова и др.) выделяют пять блоков действий:
1) личностный;
2) регулятивный (включающий также действия саморегуляции);
3) познавательный;
4) знаково-символический;
5) коммуникативный.
Выделение знаково-символиче-
ских универсальных учебных действий отдельным блоком (что имело место в первом варианте Программы) обусловлено функциями знаково-сим-волических универсальных действий, которые, по словам авторов, состоят в обеспечении конкретных способов преобразования учебного материала, представляют действия моделирования, выполняющие функции отображения учебного материала; выделения существенного; отрыва от конкретных ситуативных значений; формирования обобщенных знаний. К данным действиям отнесены:
• моделирование — преобразование объекта из чувственной формы в модель, где выделены существенные характеристики объекта (пространственно-графическая или знако-во-символическая);
• преобразование модели — изменение модели с целью выявления общих законов, определяющих данную предметную область.
Можно также сказать о действии интерпретации модели. Это действие играет фундаментальную роль, например, в процессе развития читательской компетенции.
В Программе развития универсальных учебных действий моделирование (а фактически — информационное моделирование) оценивается следующим образом: «Моделирование широко используется в обучении, как особая форма наглядности для выявления и фиксации существенных особенностей и отношений. В качестве моделей — заместителей объектов выступают как предметные, так и знаковые образования (схемы, чертежи, формулы). Обучение по действующим программам любых учебных предметов предполагает применение разных знаково-символических средств, которые, как правило, не являются специальным объектом усвоения с точки зрения характеристик их как знаковых систем. Использование разных знаково-символических средств для выражения одного и того же содержания выступает способом отделения содержания от формы, что всегда рассматривалось в психологии и педагогике в качестве существенного показателя понимания текста учащимися» [1].
В исследованиях Э.В. Миндза-евой [2] показано, что знаково-сим-волические универсальные учебные действия являются базовыми для всех остальных видов универсальных учебных действий. Иными словами информационное моделирование, которое включает в себя зна-ково-символическую деятельность, можно рассматривать как инструмент развития всех универсальных учебных действий.
Важно отметить, что в концепции развивающего обучения Д.Б. Эльконина и В.В. Давыдова моделирование включено одним из действий учебной деятельности, ко-
176
торое должно быть сформировано уже к концу начальной школы.
Все это ставит задачу анализа использования моделирования в школьном обучении, с нашей точки зрения, на одно из первых мест. Еще в исследованиях Е.А. Ракитиной подчеркивалось, что моделирование в обучении, выступает, не только инструментом познания, но и средством обучения [3].
Следовательно, целенаправленное формирование знаково-симво-лического мышления — информационного моделирования необходимо начинать уже с начальной школы, параллельно с началом освоения различных знаковых систем: родного языка, математики и пр.
В дальнейшей учебной и практической деятельности школьнику придется решать два типа задач:
• задачи, допускающие относительно простую формализацию и реализацию с помощью традиционного набора освоенных учащимися интеллектуальных (и материальных) инструментов;
• слабо формализуемые задачи, которые, как правило, не допускают возможность использования для их решения известных приемов и инструментов. Именно такие задачи встречаются в практике.
В первом случае наравне с инструментарием данной предметной области учащемуся необходимы также следующие умения, входящие в состав информационно-коммуникационных компетенций:
• находить необходимую информацию;
• представлять информацию в виде, адекватном поставленной задаче;
• хранить информацию, в частности с использованием электрон-
ных банков данных, применять информацию для решения поставленных задач;
• передавать информацию с помощью электронных средств.
Что же касается слабо формализуемых задач, то для их решения необходимо формирование особого класса компетенций, тесно связанных со знаково-символической деятельностью и информационным моделированием. При этом имеется в виду, что задачи решаются коллективом учащихся, что имеет место, в частности, при проектной деятельности [6].
Эти компетенции подразумевают:
• умение описывать предметную область определенной системой понятий и, тем самым, способствовать ее осмыслению и структурированию;
• представление данной предметной области определенной системой знаков, понятных всем участникам коллективного решения данной задачи;
• организацию взаимодействия всех участников коллективного решения задачи.
В последнем случае речь идет о развитии одного из ключевых компонентов коммуникативных универсальных учебных действий — умение работать в коллективе.
В результате формирования знаний в области моделирования, коммуникативных универсальных учебных действий учащиеся умеют: оценивать потребность в дополнительной информации, определять возможные источники информации и способы ее поиска, осуществлять поиск информации в словарях, справочниках, энциклопедиях, библиотеках, Интернете; получать ин-
формацию из наблюдений, при общении; анализировать полученные сведения, выделять признаки и их значения, определяя целое и части, применять свертывание информации и представление ее в наглядном виде (таблицы, схемы, диаграммы и др.); организовывать информацию тематически, упорядочивать по алфавиту, по числовым значениям, наращивая свои собственные знания, сравнивать, обобщать, систематизировать полученную информацию и имеющиеся знания, обновляя представления о причинно-следственных связях; создавать собственные информационные объекты (сообщения, небольшие сочинения, графические работы и др.); использовать информацию для построения умозаключений; анализировать информацию для принятия решений; при работе с информацией моделировать, применяя средства информационных и коммуникационных технологий.
Рассмотрим конкретный пример формирования универсальных учебных действий с использованием понятия информационной модели.
Планируемый предметный результат: понимать сущность информационных моделей как заменителей реальных объектов в процессе познания, общения практической деятельности УУД, характеризующие достижение этого результата:
А) выделять признаки объекта, существенные с точки зрения целей моделирования;
Б) строить модель в соответствии с поставленной целью или для решения поставленной задачи.
Примеры заданий
А) Умение: выделить признаки объекта, существенные с точки зрения целей моделирования.
Задание базового уровня.
Для каждого объекта определите, какие из его свойств будут существенными с точки зрения указанных целей моделирования (см. табл.).
Ответ:
1. а) Наличие пружины или батареи.
б) Наличие циферблата и стрелок или дисплея.
2. а) Шарообразность.
б) Движение вокруг Солнца.
Б) Строить модель в соответствии с поставленной целью или для решения поставленной задачи.
Задание базового уровня.
Вы хотите скопировать файл (например, отсканированную фотографию) на флешку. Прежде необходимо убедиться, что свободного места на ней достаточно. Опишите последовательность действий, которую необходимо выполнить (используя доступное вам программное средство), чтобы узнать, достаточно ли места на флешке для записи вашего файла.
Таблица
Примеры соответствия объектов и целей моделирования
Объект моделирования Цель моделирования
1) часы а) объяснить покупателю принцип действия часов; б) объяснить маленькому ребенку, как узнать время по часам.
2) Земля а) подготовиться к кругосветному путешествию; б) объяснить, почему день сменяется ночью, а лето - зимой.
Определите для данного задания:
а) в чем заключается задача;
б) кто является субъектом моделирования;
в) что является объектом моделирования;
г) какова цель моделирования;
д) что будет являться моделью для данной задачи;
е) на какие подзадачи разбивается решение задачи;
ж) сколько и какие модели надо построить для решения задачи.
Ответ:
а) Узнать, достаточно ли на дискете свободной памяти для файла.
б) Субъект моделирования — Вы.
в) Объект моделирования — организация файловой системы (способы хранения файлов на носителях и операции над ними).
г) Цель моделирования — составить алгоритм определения свободного дискового пространства.
д) Модель — алгоритм определения свободного дискового пространства для конкретной операционной
I'8 системы или операционной оболочки (DOS, Norton Commander, Windows и пр.)
е) Подзадачи сводятся к получению ответов на вопросы:
• Сколько места занимает файл?
• Как выбрать нужный дисковод?
• Какая команда ОС или какой пункт меню позволяет посмотреть распределение дискового пространства?
• Как задать эту команду (код операции, операнды, параметры) или как вызвать соответствующий пункт меню?
• На что следует обратить вни-
мание при анализе полученной на экране дисплея информации?
ж) Для разных программных средств разные модели, но обычно: алгоритм выбора дисковода; алгоритм определения размера файла; алгоритм определения свободного дискового пространства; алгоритм сравнения двух числовых величин.
Все эти алгоритмы можно свести в один — он и будет необходимой моделью для решения задачи.
Задание повышенного уровня.
Игра «Жизнь». Предложена Джоном Хортоном Конуэем.
Смоделируйте на компьютере процесс развития колонии «живых» организмов, эволюция которых подчиняется следующим закономерностям:
1. В начале игры в таблице случайным образом «расставляются» фишки (обозначающие живые организмы).
2. Выживание. Каждая фишка, у которой две или три соседки, выживает и переходит в следующее поколение.
3. Гибель. Фишка, у которой больше трех соседей, погибает от «перенаселенности» и убирается с поля (соответствующая ячейка таблицы обнуляется).
4. Рождение. Если число фишек, с которыми граничит какая-нибудь пустая клетка, в точности равно трем (не больше и не меньше), то на этой клетке рождается новый организм, то есть на следующем этапе значение соответствующей ячейки таблицы равно 1.
5. Гибель и рождение всех «организмов» происходит одновременно.
Вместе взятые они образуют одно поколение (один этап игры).
Решение:
Идея алгоритма.
Создаются две таблицы: одна (Р1) для состояния колонии на предыдущем этапе, вторая (Р2) для состояния колонии на следующем этапе. Две таблицы нужны для того, чтобы обеспечить выполнение правила 5, чтобы изменение значения одной ячейки не влияло на данном этапе на число соседей других ячеек.
В начале каждого этапа Р2 обнуляется.
Для всех ячеек таблицы Р1 под-считывается количество соседей. (При подсчете числа соседей важно не выйти за границы таблицы. Так, у ячейки Р1 [1] восемь соседних ячеек, а у ячейки Р1 [5] их всего 3.)
Если значение текущей ячейки таблицы Р1 равно нулю и число ее соседей 3, то в соответствующую ячейку таблицы Р2 помещаем 1. Если значение текущей ячейки таблицы Р1 равно 1 и число ее соседей 2 или 3, то в соответствующую ячейку таблицы Р2 помещаем 1.
Состояние колонии выводится на экран.
В конце этапа переприсваиваем таблице Р1 значения из таблицы Р2, тем самым «новое» состояние становится «предыдущим» перед следующим этапом.
Данный пример иллюстрирует мысль, что информационное моделирование позволяет сформировать широкий круг действий и компетенций, сформулированных в Федеральном государственном образовательном стандарте второго поколения.
список источников и литературы
1. Программа развития универсальных учебных действий [Электронный ресурс]. - URL: http://nsportal.ru/shkola/raznoe/ Hbrary/2013/04/08/programma-formirova niya-i-razvitiya-universalnykh-uchebnykh (дата обращения: 21.02.2015).
2. Миндзаева, Э.В. Курс информатики как метапредмет [Электронный ресурс] / Э.В. Миндзаева // Метафизика. - 2013. -№ 4(10) - C. 105-113. - URL: http://www. intelros.ru/pdf/metafizika/2013_4/8.pdf (дата обращения: 21.02.2015).
3. Бешенков, С.А. Информатика: единый курс от школы до вуза [Электронный ресурс] / С.А. Бешенков, Е.А. Ракитина // Информатика и образование. - 2002. -№ 7. - C. 84-89. - URL: http://www.twirpx. com/file/275534 (дата обращения: 21.02.2015).
4. Шутикова, М.И. Модель развития универсальных учебных действий у будущих учителей информатики [Электронный ресурс] / М.И. Шутикова, И.А. Морозова // Теория и практика общественного развития. - 2013. - № 11. - С. 241-244. - URL: http://elibrary.ru/item.asp?id=21010410 (дата обращения: 21.02.2015). j-jp
5. Федеральный государственный образова- 1'Я тельный стандарт. Основная школа [Электронный ресурс]. - URL: http://www. school.edu.ru/dok_edu.asp (дата обращения: 21.02.2015).
references
1. Beshenkov S.A., Rakitina E.A., Informati-ka: edinyj kurs ot shkoly do vuza, Informa-tika i obrazovanie, 2002, No. 7, pp. 84-89, available at: http://elibrary.ru/item.asp?id =21010 410 (accessed: 21.02.2015). (in Russian)
2. Federalnyj gosudarstvennyj obrazovatelnyj standart. Osnovnaja shkola, available at: http://standart.edu.ru/catalog.aspx (accessed: 21.02.2015). (in Russian)
3. Mindzaeva Je.V., Kurs informatiki kak meta-predmet, Metafizika, 2013, No. 4(10),
pp. 105-113, available at: http://www.mtel-ros.ru/pdf/metafizika/2013_4/8.pdf (accessed: 21.02.2015). (in Russian) 4. Programma razvitija universalnyh uchebnyh dejstvij, available at: http://www.ipk.edu.ru/ old/educat/stand_obr/pres/03.ppt (accessed: 21.02.2015). (in Russian)
5. Shutikova M.I., Morozova I.A., Model razvitija universal'nyh uchebnyh dejstvij u bu-dushhih uchitelej informatiki, Teorija i praktika obshhestvennogo razvitija, 2013, No. 11, pp. 241-244, available at: http://eli-brary.ru/item.asp?id=21010410 (accessed: 21.02.2015). (in Russian)
Бешенков Ceргeй Александрович, доктор педагогических наук, профессор, кафедра информационно-коммуникационных технологий, Академия социального управления, olga_ [email protected]
Beshenkov S.A., ScD in Pedagogy, Professor, Information and Communication Technologies Department, Academy of Social Management, [email protected]
Шутикова Маргарита Ивановна, доктор педагогических наук, профессор, кафедра информационно-коммуникационных технологий, Академия социального управления, [email protected]
Shutikova M.I., ScD in Pedagogy, Professor, Information and Communication Technologies Department, Academy of Social Management, [email protected]
Лысенкова Ольга Владимировна, кандидат педагогических наук, доцент, заведующий кафедрой информационно-коммуникационных технологий, Академия социального управления», [email protected]
Lysenkova O.V., PhD in Pedagogy, Associate Professor, Information and Communication Technologies Department, Chairperson, Academy of Social Management, [email protected]
180
