CC BY
4ство содержательности теории. Они должны присутсто-вать в любых доказательствах, теориях, идеях. В этом отношении геометрия является образцом строгости и наглядности науки. И применение геометрических идей в критическом мышлении становится необходимым условием построения, изложения и преподавания физики, обобщением теоретического восприятия проблемы. Это следует понимать, как обладание и преподавателями, и студентами обобщенной структуры критического мышления, критического осмысления, а процедуры реализации как результат в этом этапе. А результаты, полученные в предыдущих этапах конкретизируются, системно-моде-лируются как физические картины мира и как формирование критического стиля мышления и у преподавателя, и у студентов.
Резюмируя все это можно сказать, что для применения метода критического мышления в построении, изложении и преподавании теоретической физики необходимо во-первых, выдвижение логик, принципов и фундаментальных идей вытекающих из самой природы предмета, науки, подтвержденные практикой, теоретическим обоснованием; во-вторых, эти идеи должны отвечать научной строгости и методической наглядности, практической обоснованности и фактической верности; в-третьих, в результате применения этих идей, предмет принимал форму системности, последовательности, структурности и простоты для восприятия, раскрывая сущность и смысл явлений; в-четвертых, способствовали мотивации преподавателя и студента к самостоятельной работе. Главное эти идеи приводили к критическому стилю мышления и преподавателя, и студентов, т.е. овладению новым видом деятельности.
Многолетний опыт показывает, что применение метода преподавания предмета критическим стилем мышления позволяет сократить путь к достижению цели до двух раз за счет современного применения математического языка и геометрических письмена, с использованием диалектической логик и принципов, идей и наглядности.
Данный процесс реализации критического мышления у преподавателя и у студентов вуза должен являться неотъемлемой составной частью их непрерывного образования.
Такой подход изложения позволяет выдвинуть новое направление в преподавании физики - метод критического стиля мышления, математическим подходом к
построению и изложению физики, в котором важная роль принадлежат внутренним движущим силам, геометрическим идеям, выступающим как системообразующий фактор.
Список литературы
1. Послание Президента РК Н. Назарбаева народу Казахстана от 14 декабря 2012г.
2. Бутенко А.В. И Ходос Е.А. Критические мышления: метод, теория, практика: учебно-методическое пособие. М.: МИРОС, 2012. - 176 с.
3. Арынгазин К.М. Геометрические идеи в теоретической физике. //Алматы: Рауан. 1994. - 360с.
4. Арынгазин К.М., Васильева И.Ф. Геометрические идеи как метод построения и изучения теоретической физики. «Физическое образование в вузах». -М.: Т.18. № 3. - 2012. - С.3-15.
5. Арынгазин К.М., Васильева И.Ф. Методологические и мировоззренческие проблемы познания физики и роль мышления в них // Вестник АПН Казахстана. - Алматы. - 2011, № 5. - С. 8-20.
6. Арынгазин К.М., Мусенова Э.К., Сейсембекова Т.Е. Роль геометрических идей в нанотехнологии. Вестник КарГУ - №2(70) - 2013. - С. 70-74.
7. Арынгазин К.М., Мусенова Э.К. Дидактические проблемы преподавания теоретической физики. // Инновации в образовании: ориентиры и тенденции: Сб. докл V междунар. науч.-методической конф. (26-27 апреля 2013 г.) - Алматы. 2013. - С.185-187.
8. Волков В.Е. Развитие критического мышления: Опыт неспортивного, но здорового и полезного ориентирования в реальности и в себе // Тренинг, 2005. - М.: Республика. 2004. - 447 с.
9. Кусаинов Д.У. Некоторые вопросы совершенствования критического мышления преподавания современной высшей школы. //Высшая школа Казахстана. Алматы. 2013. - С. 236-241.
10. Бустром Р. Развитие творческого и критического мышления. М.: Изд-во н-та «Открытое общество». 2000. - 141 с.
11. Арнольд В.И.. Предисловие к книге М. Атья. Геометрия и физика узлов. М.: Мир, 1995.
12. Арнольд В.И., Гивенталь А.Б. Симплектическая геометрия. 2 изд. М. - Ижевск: ИКИ РХД. 2000.
ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ПРИ РАЗРАБОТКЕ КУРСОВОГО ПРОЕКТА БАКАЛАВРА СПЕЦИАЛЬНОСТИ «ПРИКЛАДНАЯ ИНФОРМАТИКА»
Афанасьева Светлана Геннадьевна
Канд. пед. наук, доцент кафедры информатики, прикладной математики и методики их преподавания
Гришаева Ольга Сергеевна
Студент 3 курса факультета Прикладная информатика, Поволжская государственная социально-гуманитарная академия, г. Самара
RESEARCH WORK ON DEVELOPMENT THE BACHELORS COURSEWORK SPECIALIZED IN INFORMATION SCIENCE. АННОТАЦИЯ
В статье рассматривается педагогическая проблема разработки курсового проекта по дисциплине «Компьютерное и имитационное моделирование» как фактора формирования исследовательских навыков современного школьного образования с одной стороны, и недостаточной разработанностью методики моделирования дисци-
плины различных циклов, с другой. Разработана теоретическая модель курсового проекта, состоящая из структурных компонентов исследовательской деятельности. Изложена методика построения математической модели системы массового обслуживание в профессиональной среде.
ABSTRACT
In this article we will consider pedagogical problem of developing coursework on the subject called "Computer and imitative modeling". On the one hand, we will talk about it as a factor of creating exploring skills in modern school education, on the other hand we will talk about malfunctioning of modeling methodic during creation the models for subjects of different cycles. We want to pay your attention to our theoretical model of coursework which consists of structural components of research work and methodic of building mathematic model of queueing theory in professional area.
Ключевые слова: исследовательская деятельность, математическое моделирование средствами информационных технологий, теоретическая модель курсового проекта.
Keywords: research work, mathematic modeling by the means of information technologies, theoretical model of the coursework.
Современно российское образование направлено на формирование у бакалавров способностей к самостоятельному и творческому мышлению. В педагогическом образовании важно организовать и реализовать учебно-исследовательскую деятельность, развивать основные компетенции, в том числе, исследовательские умения и навыки. Все большее значение в жизни приобретают коммуникативные умения, способность к моделированию ситуаций, приобретению опыта ведения диалога, дискуссий, приобщению к творческой деятельности. Век информатизации требует от бакалавров качеств, позволяющих творчески и продуктивно подходить к решению любых проблем. Современное общество связано с развитием информационных технологий во всех сферах экономики. Социально-экономические тенденции привели к планированию и управлению проектами в различных областях деятельности человека, в том числе и педагогической.
Применение современных информационных технологий при выполнении курсового проекта требует от бакалавра проявления самостоятельности в овладении знаниями по проблеме, разработке математической имитационной модели и внесении корректировки в творческий процесс. Психолого-педагогическими основами разработки курсового проекта является:
• мотивация профессиональной деятельности, саморазвитие, самосовершенствование;
• изучение понятий, связанных с построением математической модели, деятельности от общего к частному;
• развитие общенаучных обобщений, абстрагирование, сравнение, рефлексии, приемов самооценки деятельности, результатов;
• обработка научной информации, конспектирование, составление алгоритмов, программы;
• опыт обработки информации средствами прикладных пакетов.
Формы, методы, приемы внеаудиторной работы с применением электронных средств активно влияют на формирование исследовательских навыков при выполнении курсового проекта, управление самостоятельной деятельностью бакалавров. Каждый учащийся активно включается в разработку проекта в соответствии с их склонностями, способностями, возможностями. Формируется положительные мотивации на самовоспитание.
Теоретическая модель курсового проекта бакалавров специальности «Прикладная информатика» средствами информационно-коммуникационных технологий (рис. 1) состоит из структурных элементов. Каждый из элементов несет определенную функциональную нагрузку
процессуальной последовательности. Первым, изначальным структурным элементом курсового проекта являются задачи и организационно-педагогические условия к исследовательской деятельности.
Второй структурный элемент отражает «знание-вую» (когнитивную) компоненту курсового проекта. На этом временном этапе разрабатывается содержание модульной структуры, производится построение математической модели с учетом междисциплинарной интеграцией знаний научного математического базиса и соответствующей компоненты. На этом этапе разрабатывается содержательный «каркас» на основе будет строиться имитационная модель курсового проекта.
Для формирования исследовательских навыков важным является деятельностный компонент. Только в деятельности бакалавры приобретают опыт разработки математической и реализации имитационной модели. Элемент, названный нами «Методы, приемы и средства курсового проекта», предусматривает реализацию математической модели, имитирующей реальную прикладную профессиональную среду.
На этом временном этапе бакалавры проходят теоретическую подготовку на лекционных и лабораторных занятиях. Происходит приобретение опыта практического использования изученной теории, рефлексия и осознание новых математических понятий, построение математической модели с использованием прикладных средств, разрешения профессиональных проблем, технических и социально-экономических противоречий, толерантности между субъектами государственного и муниципального управления.
Умения и способности использовать математических знаний в учебной и профессиональной деятельности формируются при выполнении курсового проекта по дисциплине «Математическое и имитационное моделирование». При разработке и реализации курсового проекта, связанных с моделированием реальных процессов, учащиеся прогнозируют результаты, разрешают профессиональные проблемы. Диалог устанавливает толерантные отношения между учащимися.
Четвертый структурный элемент модели определяет процесс непрерывной диагностики и контроля. Задания и самоконтроль, самооценка и рефлексия формируются в данном структурном элементе.
Элемент коррекции курсового проекта происходит на каждом этапе теоретической модели. В случае отклонения от заданных требований курсового проектирования изменяются методы, приемы и средства деятельности. На выходе рассматриваемой модели имеет место образовательный результат: сформированные исследовательские навыки.
Рис. 1 Теоретическая модель курсового проекта бакалавров специальности «Прикладная информатика» средствами
информационно-коммуникационных технологий
Для активизации проектной деятельности бакалавров используются дидактические средства обучения. К дидактическим средствам обучения с точки зрения педагогики относятся прикладные пакеты. Они при наличии
методики преподавания позволяют оптимизировать учебный процесс, интенсифицировать его. Главным достоинством применения прикладных пакетов является то, что они, освобождают от рутинных вычислений при реали-
зации математических моделей. Учащиеся наглядно представляют результаты курсового проектирования, содержащие реализацию математической имитационной модели. Интеграция прикладных пакетов и организационная структура эффективно влияет на исследовательскую деятельность при математическом моделировании курсового проекта. Например, математическая модель процесса гибели и размножения используется в теории массового обслуживания. Рост населения, а главным образом качественный скачок в развитии науки и техники привели к тому, что антропогенные воздействия по своему значению для биосферы вышли на один уровень с естественными факторами планетарного масштаба. Преобразование ландшафтов в города и иные поселения человека, в сельскохозяйственные угодья и промышленные комплексы охватило уже более двадцати процентов территории суши. В наши дни воздействие человека на
природные системы становится направляющей силои дальнейшей эволюции экосистем.
Аналитическое проектирование включает в себя разработку математической модели создаваемого технического объекта и дальнейшее исследование этого объекта с помощью модели. С развитием математического моделирования было разработано множество систем компьютерной математики, например, Maple, Mathemati-ca, Mathcad, MATLAB, и др. Эти системы позволяют создавать модели как простых, так и сложных процессов и устройств и достаточно легко менять параметры моделей входе моделирования. Рассмотрим Марковский процесс,
S
протекающий в системе1-1 с конечным числом состоянии, называется процессом гибели и размножения, если граф ее состояний имеет структуру, (рис. 2):
Рис. 2 Марковскии процесс, протекающий в системе ^ с конечным числом состоянии
Интенсивности называются интенсивностями размножения, а Рг- интенсивности гибели. Для нахождения вероятности каждого состояния используются формулы:
Аналитическое проектирование включает в себя разработку математической модели создаваемого технического объекта и дальнейшее исследование этого объекта с помощью модели. При разработке имитационной
модели создается алгоритм, программа написанная на языке программирования PascalABC. После запуска программы должны быть получены результаты, которые реализуются при имитационном моделировании (рис. 3).
Вееците Ь0=1 Введите Ь1=2 Введите Ь2=1 Вмените Ь3=2 ВЕеците Ь4=1 ВЕеците Н0=4 Введите Н1=5 Введите М2=4 Вмените К3=5 ВЕеците Н4=4
р0=0,72072 р1=0,18018 р2=0.07207 р3=0.01802 р4=0.007207 р5=0.001802 р=1
Рис. 3. Результат выполнения программы на языке программирования PascalABC
Данная математическая модель может в полной мере применяться для расчетов в настоящей экосистеме. Примерами могут выступать экосистемы каких-либо заповедников, национальных парков и т.д. Оценим время адаптации системы, за которое система приходит в устойчивое состояние. Оно определяет достижение устойчивой особой точки, либо выход на устойчивый предельный цикл.. При построении функции зависимости времени адаптации системы от начальных условий используют графики средствами MS Excel (рис. 4). На полученном графике отображают особенности данной модели, при чередовании участков зависимость времени приобретает
скачкообразный характер, или является константой. Исследование природы скачков функции приводит к выводу, что модель построена так, что она имеет либо устойчивую особую точку, либо устойчивый предельный цикл.
При рассмотрении адаптации системы с разным числом «жертв по графику (рис. 5) наблюдаем три скачка, соответствующие трем точкам пересечения с линией оптимальной. Далее идет отрезок, на котором время адаптации изменяется незначительно. Процесс не выходит на оптимальную траекторию после ее «быстрого» отрезка происходит скачок.
Рис. 4 Функция зависимости времени адаптации системы от начальных условий
При изменении начальных условий как для «жертвы», так и для «хищника» получим график с помощью пакета Excel (Рис. 6). Фактически изображена ступенчатая дискретная функция зависимости времени адаптации Т от количества «хищников». Данный случай особенно интересен и наглядно показывает, насколько важен выбор начальных условий для минимизации времени, за которое система приходит в устойчивое состояние. Выбор
Рис. 5 График системы с устойчивой особой точкой
начальных условий описывает скачкообразную функцию. Скачки происходят из-за того, что от выбора начальных условий зависит «путь», по которому пойдет процесс. Второй «виток» притягивает к себе процесс. В результате процесс развивается, минуя первый «виток» и сразу переходит ко второму.
Рис. 5 График зависимости времени адаптации от начальных условий
Марковские процессы гибели и размножения, безусловно, полезны в различных сферах деятельности человека, но у них есть ряд недостатков, в частности система из любого своего состояния непосредственно может перейти только в соседнее с нею состояние. Данный процесс не отличается особой сложностью и сфера его применения немного узко-специализирована, но, тем не менее, данный процесс может использоваться в сложных моделях в качестве одного из компонента новой модели, например при моделировании документооборота, в компании.
В курсовом проекте при построении математической модели, и ее реализации средствами языка программирования PascalABC при любых значениях ее параметров и начальных условиях получили имитационную качественную картину и оценили время прихода в устойчивое состояние с использованием инструментов MS Excel. Имитационное моделирование является мощным средством исследования разнообразных систем. Такой способ позволяет без материального эксперимента спрогнозировать
поведение системы и получить разнообразные варианты как исходных, так и результирующих данных. На каждом этапе курсового проектирования у бакалавров развиваются исследовательские навыки, необходимые в профессиональной среде,
Список литературы
1. Афанасьева С.Г. Содержание технологии обучения профессионально-творческого саморазвития студентов при изучении высшей математики. Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2011. С.1225-1227
2. Беккер, В.Ф. Моделирование химико-технологических объектов управления: Учебное пособие / В.Ф. Беккер. - Москва: ИЦ РИОР, НИЦ ИНФРА-М, 2014г. - 142 с.
3. Девятков, В.В. Имитационное моделирование: Учебное пособие / В.В. Девятков. - Москва: КУРС, НИЦ ИНФРА-М, 2013г. - 368 с.
