CC BY
50
УДК 37.013
М.Л. ГРУЗДЕВА, доктор педагогических наук, профессор, НГПУ им. К.Минина (Мининский университет), Нижний Новгород, e-mail: [email protected]
МЕТОД ИНФОРМАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ КАК СРЕДСТВО ОБУЧЕНИЯ И ИНСТРУМЕНТ ПОЗНАНИЯ ДЕЙСТВИТЕЛЬНОСТИ
M.L. Gruzdeva
THE METHOD OF INFORMATION MODELING AS A TEACHING TOOL OF UNDERSTANDING REALITY
TOOL
ого подхода аучного студенты тами, уметь ионные модели нформационного
В статье анализируется роль информационного моделирования как у к изучению сложных объектов при обучении студентов дисциплина цикла (информатика, математика, физика). Именно в рамках должны научиться выявлять связи и отношения между отдельны представлять информацию в формализованном виде, строить информ объекта или процесса для решения поставленной задачи, что делает мет моделирования крайне актуальным для изучения дисциплин естественнонаучного цикла. В статье приведены примеры использования информационного моделирования при обучении этим дисциплинам. На примере ряда моделей из различных областей практической деятельности описаны этапы информационного моделирования - от постановки задачи до решения, полученного в ходе вычислительного эксперимента.
Ключевые слова: информация, моделирование, информационные модели, обучение студентов.
This article analyzes the role of info complex objects in the study physics). Shows the signs of the disciplines, students must learn to elements, to be able to p the object or process t relevant for the study information mo different obtained i
Keywords nati
ling as a universal approach to the study of es disciplines (computer science, mathematics, ormation modeling in learning these subjects. In these connections and relationships between the individual in a formalized manner, building information model of ich makes the method of information modeling highly ce disciplines cycle. The article gives examples of the use of these subjects. On the example of a number of models from escribes the stages of information modeling - from problem to solution mputational experiment. modeling, information models, teaching students.
.(ионное моделирование - важный элемент познавательной, коммуникативной и многих видов профессиональной деятельности. Информационные модели сопровождают человека практически повсюду, а потому знание основ моделирования может существенно облегчить ему жизнь, тем более, что и само обучение по своей сути представляет совокупность информационных процессов, большая часть которых связана с оперированием информационными моделями.
Как показывает практика, учащиеся часто испытывают затруднения при работе с информационными моделями (например, преобразование информации к другому виду), отождествляют понятия «объект моделирования» и «информационная модель объекта» (например, условие задачи и модель ее решения), крайне редко учитывают то влияние, которое оказывает выбор объектов языка моделирования на свойства модели, построенной с их помощью [10].
Общие идеи моделирования как универсального подхода к изучению сложных объектов используются практически во всех учебных курсах: оно по праву рассматривается как общедидактическое средство и как основной метод приобретения знаний, что обусловливает важность целенаправленного обучения этому методу как в средней, так и в высшей школе. Заметим, что в современном образовании возрастает роль информационного моделирования как метода познания и навыки по построению и исследованию информационных моделей разного вида относятся к разряду общеучебных навыков.
При использовании метода информационного моделирования на учебных занятиях сам процесс моделирования может рассматриваться как движение от сложной, многосторонней реальной действительности к ее модели, где эта действительность заведомо обеднена, но зато подчеркнуты основные связи, главные процессы, виден механизм развития. На примере ряда моделей из различных областей науки и практической деятельности необходимо проследить все этапы информационного моделирования - с исследования моделируемой предметной области и постановки задачи до интерпретации результатов, полученных в ходе вычислительного экспериме необходимость каждого звена. При решении конкретных за подчеркивать соответствующие этапы работы с моделью.
Цель нашего исследования - выявить значение и» метода познания и рассмотреть его применение дисциплинам естественнонаучного цикла, таких как Именно в рамках этих дисциплин студенты дол: систематизировать, структурировать данные, выявлять отдельными элементами, уметь представлять построить информационную модель объекта ил
жность выделять
оделирования как х ^обучения студентов математика, физика. научиться упорядочивать, язи и отношения между
задачи. Это делает метод информацион дисциплин естественнонаучного цикла.
Курс информатики в наибо. учащихся о моделях и осознанно учебной, а затем и практической д
ормацию в формализованном виде есса для решения поставленной
п
ания крайне актуальным для изучения
ей степени способствует систематизации знаний нению информационного моделирования в своей ьности. В рамках курса информатики необходимо остроения модели, анализом ее свойств, проверкой оделирования, выяснением влияния выбора языка цию об объекте мы можем получить, изучая его модель
чаемых умения правильно выбирать форму представления от стоящей задачи (а также сводить информацию к выбранной чить в содержание обучения информатике вопросы, связанные со
изучение вопросов, связа адекватности модели моделирования на т и т.п.
Для фо информац форме) целесообр способами формализации:
е информации в формульном виде, в табличной форме, в форме графа; ие алгоритмов и программ как информационных моделей; авнение разных форм представления одной и той же информации и азность выбора той или иной формы для решения конкретного класса задач. чащихся важно донести, что формализация полученной информации есть один из компонентов процесса ее осознания, что языковая система, в рамках которой производится формализация, имеет свои выразительные возможности и тем самым накладывает ограничения на выбор формы, что объекты выбранного языка моделирования имеют свои особенности и некоторым образом влияют на смысл, передаваемый в модели. Необходимо научить студентов заполнять формуляры, строить таблицы, «читать» графы, видеть за формулами содержательную идею. Значительная доля информации в автоматизированных системах и глобальных компьютерных сетях предстает именно в формализованном виде. Наглядными примерами являются меню пиктограмм многих современных программных
целесо
средств, таблицы реквизитов в информационно- поисковых системах, способы записи математических выражений в электронных таблицах и многое другое.
Способ построения информационной модели с использованием компьютера определяется используемым для этой цели программным обеспечением. В рамках курса «Информатика» наиболее распространенным и доступным средством является табличный процессор, входящий в пакет офисных приложений Microsoft Office.
Например, построение информационной модели необходимо при решении оптимизационных экономических задач в среде Excel
Предприниматель предполагает расширить ассортимент выпускаемой продукции. Производство единицы изделия 1 обходится ему в 10 руб., производство изделия 2 в 20 руб., производство изделия 3 в 15 руб. Определите какое количество изделий 1,2,3 в день необходимо выпускать предпринимателю, если в день производственные мощности позволяют производить не менее 100 штук изделия 1, не более 50 штук изделия 2. Количество изделий, производимых в де Предприниматель предполагает производить новой продук При решении оптимизационной задачи в Exce специализированный лист в рабочей книге. Атрибутами этого лис ячейка, несколько переменных ячеек, ограничения. Студентам необхо создавая этот специализированный рабочий лист, м
экономического процесса и, изменяя входные оценивания тот или иной результат.
ст, мы создаем данные этой м
I с I Е
целое число. 000 р
5000 руб. мо создать яются: целевая объяснить, что, мационную модель ли, мы получаем для
1 Стоимость производства 1 изделия 1
2 Количества изделия 1 в день
3 стоимость изделий 1 в день
Б
10
=В1ГВ2
Всего изделий в день =B2+ES-t-B1Q
4
5 G
7
Стоимость производства 1 изделия 2 Количества изделия 2 в день стоимость изделий 2 в день
20
=B5KBG
9 Стоимость производства 1 изделия 3
10 Количества изделия 3 в день
11 стоимость изделий 3 в день 1
15
=В9*В10
ИТОГО сумма в день Ограничения
Кол-ве изделий 1 >=100 Кол-ве изделий 2 <=50 Всего изделий в день - целое
=ВЗ+В7+Б11
Рисунок 1 - Постановка задачи
)еподаватели неинформационных дисциплин, даже рассматривая на занятиях юобразных процессов, чаще всего не раскрывают межпредметных связей «модель», не апеллируют к изученным в рамках курса информатики знаниям о их видах, свойствах и формах представления [3]. На наш взгляд, построение моделей на занятиях физики, математики и других дисциплин должно быть подкреплено повторением вопросов, связанных с этапами построения модели, анализом ее свойств, проверкой адекватности модели объекту и цели моделирования.
Свойства модели во многом определяются выбором языка моделирования и свойствами основных объектов этого языка, и об этом также необходимо говорить с обучаемыми, поскольку «языковая культура» - неотъемлемый элемент общей культуры человека и его информационной культуры. Основные языки информационного моделирования:
в общении - естественный язык (неформализованный); в познании - язык математики (формализованный);
в практической деятельности - формальные языки.
В каждом из них утвердились свои выразительные приемы и способы формализации, знание которых способствует более полному восприятию конкретной модели, пониманию заложенного в ней смысла. Например, такой объект математики, как функция, можно выразить с помощью формул, графиков, таблиц. Каждый из этих способов позволяет получить информацию о функции, но информация в разных случаях будет иметь свою специфику.
На занятиях необходимо заострить внимание студентов на то, что функция - это модель, устанавливающая характер зависимости какой-либо величины (зависимой
переменной) от других величин (аргументов). Одну и ту же функцию на заня' представить несколькими способами, например в виде таблицы, в ви, аналитически (в виде формулы).
Приведем пример использования информационного модел программы Excel при изучении функциональных рядов курсе математ: В начале года цена товара составляла 1000 ден. ед. Инфляц года по кварталам представлены в таблице.
ребуется ика и
щью
в течение
квартал Инфляция по отношению к предыдущему периоду (%)
I 3
II 2
III 3
IV 1 ^^^
Требуется: 1) определить, какова до. компенсировать влияние инфляции; 2) о: в ценах на начало года, если ф влияния инфляции не будет. Для решения задачи нуж:
кая
Он определится из следу
товара, равная 100%, 1к
Для решения зада модель исходные да
ена товара в конце года, чтобы ть, какова будет реальная цена товара ена изменяться с целью компенсации
тоговый процент инфляции на конец года.
: I = ^ Ik + Ik х Ii=1, где Ii - начальная цена
к=1
и за к-й период. мо построить информационную модель и ввести в эту
А В С
1 результат вычисления
изменение цены
квартал инфляция(%) товара с учетом
2 инфляции
3 I 3,00% 103,00%
4 II 2,00% 105,06%
5 III 3,00% 103,21%
6 IV 3,00% 111,46%
7 Инфляция(%) 11,46%
Реальная цена
товара Без
компенсации (в
процентах к
8 первоначальной) 33,54%
9
Рисунок 2 - Информационная модель и результат вычисления
А.А. Толстенева в своем исследовании доказала, что при изучении физики у студентов возникают затруднения в переводе информации из одной формы представления в другую, что снижает их познавательные возможности.
Каждому материальному объекту соответствует множество в равной мере адекватных, но различных по существу моделей, связанных с разными задачами. С информационной точки зрения, три основные формы представления модели, а именно: концептуальная (мысленная), знаковая и материальная - равноправны. Переход от одной модели к другой всегда связан с ее обогащением и, соответственно, с получением некоторой дополнительной информации об объекте за счет обобщения и упорядочения данных.
Таким образом, информация, содержащаяся в различных формах моде но различается по формам ее представления или воспроизведения. Т «физическое явление может быть описано в вербальной форме, предс данных, охарактеризовано графиком, описано аналитической фор персональном компьютере или представлено в виде реальной м установки. Выбор той или иной формы представления инфор особенностей изучаемого объекта, от разработанности языков моделирующих установок, удобства использования модели ...» [12].
Условия задачи
Требования задачи
Между полюсами электромагнита создается однородное магнитное поле с
Найти силу действующую провод
индукцией В=0,1 Тл. проводу l= 70 см,
По
длиной
помещенному перпендикулярно направлению магнитного поля течет ток 1= 700
динакова, ример, ицей » на аторной висеть от атериальных
графическая F
= IBI
0
.9H
дуль силы Ампера
нок 3 - Модели решения физических задач
очере инф анализ проектир
ной из важнейших задач обучения является задача развития мышления, в первую югического, системного, алгоритмического, творческого. Применение ионного моделирования при обучении помогает развить способности студентов к синтезу, научить их использованию системного подхода к исследованиям и анию и т.д.
ЛИТЕРАТУРА
1. Арынова, Г. Подготовка будущих учителей информатики по информационному моделированию / Г. Арынова // Bulletin d'EUROTALENT-FIDJIP. 2014. № 5. С. 17-19.
2. Бахтиярова, Л.Н. Формирование общекультурных компетенций как составляющей информационной подготовки студентов средствами MS ACCESS /Л.Н. Бахтиярова Л//Вестник Мининского университета: сетевое издание № 2. - URL: http://www.mininuniver.ru/scientific/ scientific_activities/vestnik/archive/no2
овании / 013. -
М.:
ир науки,
нформатике АО, 2002.
на
3. Груздева, М.Л. Методическая система формирования информационной культуры студентов вуза экономического профиля: автореф... дисс д.п.н. / М.Л. Груздева. - Шуя, 2011.
4. Карпов, В.А. Моделирование в электронных таблицах / В.А. Карпов // Информатика и образование. - 2008. - №5. - С. 47-52.
5. Карпов, В.А. Использование графов для наглядного моделирования информационных процессов / В.А. Карпов // Ярославский педагогический вестник. - 2006. - № 4. - С. 98-103.
6. Клименко, А.О. Об экспериментальном подходе к информационному моделированию в когнитивной науке / А.О. Клименко // Асимметрия. - 2010. - Т. 4. - № 3. - С. 23-29.
7. Линькова, В.П. Модели данных, место и роль их в информационном мо, В.П. Линькова, А.В. Линькова // Современные информационные технолог № 17 (17). - С. 35-40.
8. Мельников, П.П. Компьютерные технологии в экономике / КНОРУС, 2009.
9. Пушкарева, Т.П. Информационное моделирование памяти / Т. культуры, образования. - Выпуск № 1.- 2012.
10. Ракитина, Е.А. Построение методической системы обучен деятельностной основе: автореф. дисс...д.п.н. / Е.А. Ракитина. - М.: ИО
11. Рыжова, Н.И. Содержание подготовки к информационно аналитической деятельности для учителя информатики в контексте его обучения информационному моделированию / Н.И.Рыжова, Е.В. Филимонова // Мир науки, кудЪГуры, образования. - 2009. - № 3. С. 259
12. Толстенева, А.А. Методическая система о их когнитивных стилей:автореф. дисс д.п.н./ А.
13. Хмелева, В.Н. Методические аспек ресурс] / В.Н.Хмелева. - URL: htth:
14. Штепа Ю.П. Методика обучения моделированию в контексте н Ю.П. Штепа. - Омск, 2009.
15. Ядровская, М.В. Мод Образовательные техн
16. Govorskii A.E., Kra Heterogeneous Integr Vol. 73. - № 7. - 2012.
17. Gutiérrez De Ravé E.
and learning approximation and interpolation algorithms of curves // Computer applications in enginee|^g edilLdo^John Wiley & Sons Ltd. T. 19 № 1. - 2011.
18. Tarantino G., Fazio C. Sperandeo-Mineo R.M. A pedagogical flight simulator for longitudinal airplarre flight //Computer applications in engineering education: John wiley & sons ltd. - T. 18 № 1. - 2010,
19. Mendes D., Marangoni C., Meneguelo A.P., MacHado R.A.F., Bolzan A. Educational simulator for multicomponent distillation research and teaching in chemical engineering// Computer applications in engineering education: John wiley & sons ltd. - T. 18 № 1. - 2010.
20. Hossain F., Huddleston D. A proposed computer-assisted graphics-based instruction scheme for stochastic theory in hydrological sciences // Computers in education journal: American Society for Engineering Education. - T. 17 № 2. - 2007.
ке студентов вуза на основе учета ва. - Н.Новгород, 2008. Т на уроках физики. [Электронный
иков решению задач по информационному ельных результатов: автореф. дисс. ... к.п.н. /
личных стратегиях обучения / М.В. Ядровская // - Выпуск № 2. - Т. 13. - 2010. matical Modeling of Inhomogeneous Traffic in a Data Control Systems //Automation and Remote Control. -
Jiménez-Hornero F.J., Giráldez J.V. A computer application for teaching
© Груздева М.Л., 2015
