CC BY
60
Scientific journal PHYSICAL AND MATHEMATICAL EDUCATION
Has been issued since 2013.
Науковий журнал Ф1ЗИКО-МАТЕМАТИЧНА ОСВ1ТА
Видасться з 2013.
http://fmo-journal.fizmatsspu.sumy.ua/
Литвинова С.Г. Модель використання системи комп'ютерного моделювання для формування компетентностей y4Hie з природничо-математичних предмет'!в. Ф'!зико-математична осв'та. 2019. Випуск 1(19). С. 108-115.
Lytvynova S. The Model Of The Use Of Computer Modeling System For Formation Competences Of Natural And Mathematical Subject Students. Physical and Mathematical Education. 2019. Issue 1(19). Р. 108-115.
DOI 10.31110/2413-1571-2019-019-1-017 УДК 373.3/.5.016:5]:004
С.Г. Литвинова
1нститут iнформацiйних технологiй i засоб'в навчання НАПН Украни, Украна
s. h. lytvynova@gmail.com ORCID: 0000-0002-5450-6635
МОДЕЛЬ ВИКОРИСТАННЯ СИСТЕМИ КОМП'ЮТЕРНОГО МОДЕЛЮВАННЯ ДЛЯ ФОРМУВАННЯ КОМПЕТЕНТНОСТЕЙ УЧН1В
З ПРИРОДНИЧО-МАТЕМАТИЧНИХ ПРЕДМЕТ1В
АНОТАЦЯ
Формулювання проблеми. В1дсутн1сть методичного забезпечення, низький р1вень об1знаност1 вчителв щодо ¡снуючих ефективних технолог1й навчання таких, як комп'ютерне моделювання не дае змоги учням формувати ¡ндив/'дуальну траекторю розвитку \ формувати компетентности з природничо-математично¡' осв\ти. Це щорчно пдтверджуеться аналтичними звтами Укранського центру оц1нювання якост1 освти, зокрема оприлюднюються результати зовншнього незалежного оцнювання учн1в з природничо-математичних предметв.
Матер/'али / методи. У процес': досл'дження використовувались методи анал1зу педагог'мно), методично¡' л1тератури /' дисертац/'йних досл1джень; здйснювалося узагальнення результат'в втчизняного /' заруб1жного досв'ду; теоретичне моделювання процесу використання системи комп'ютерного моделювання для формування компетентностей учтв; системний анал1зу для визначення структурних елементю модел'1 системи комп'ютерного моделювання.
Результати. Обфунтовано /' розроблено модель використання системи комп'ютерного моделювання для формування компетентностей учн'ю з природничо-математичних предмет'ю. До особливостей це модел'1 можна вднести и використання на засадах дитиноцентриського, системного, д1яльн1сного, диференц1йованого п'дход'в з метою формування компетентностей учтв з природничо-математичних предметв. Важливим результатом дослдження е обфунтування: критерИ'в добору СКМод (вар1ативн1сть, доступн1сть, ¡нструментальн1сть, ¡нтерактивн1сть, ¡нту1'тивн1сть, комплексн1сть, наочтсть даних, науковсть моделей, незалежн1сть, реалстичн1сть); форм /' метод 'в застосування СКМод в освтньому процес1, виокремлення аспекту застосування п1знавальних завдань (досл'дницьких, творчий, прикладних) для формування компетентностей учтв; обфунтування таких форм оцнювання як рефлекся, формуюче оц 'шювання, пдсумкове оц1нювання.
Висновки. Системи комп'ютерного моделювання стають альтернативою звичайним малюнкам у паперових п/'дручниках /' плакатам. 1м1тац1йн1 процеси, ¡нтерактивн1 вправи р1зних тип1в, ан1мац1йний супров1д, формуюче оц'нювання дають можливсть кожному учню формувати компетентности /' п1знавати св1т з захопленням. Використання СКМод ур'зноматтнюе процес здобуття освти, дозволяе перейти в'д пасивних до активних методв навчання, актив'вуе навчально-пзнавальну д\яльн\сть учн1в, дозволяе створити ндивдуальну траектор'ю розвитку для кожного учня у процес\ вивчення природничо-математичних предметв.
Подальшого обфунтування потребуе розроблення методичних рекомендацй щодо застосування СКМод в освтньому процес¡, що слугуватимуть науково-методичним забезпеченням формування компетентностей учтв з природничо-математичних предметв.
КЛЮЧОВ1 СЛОВА: система комп'ютерного моделювання; СКМод; моделювання; заклади загально)' середньо)' oceimu; природничо-математична освта; компетентнсть; пiзнавальнi завдання.
ВСТУП
Постановка проблеми. У БЫй книзi национально! освти Укра!'ни зазначено, що, уже з'явився новий напрям дiяльностi - розроблення 1КТ навчання i програмно-методичних навчальних комплекав, що базуються на широкому застосуванн штерактивних методiв навчання, мультимедмних засобiв i вiртуальних педагопчних технологш, як дають змогу суттево пщвищити рiвень методичного забезпечення освiтнього процесу, вщкривають новi можливост для пщвищення якост освти. Тому шформатизащя i комп'ютериза^я е одним iз найважливших i водночас найскладнших сучасних завдань галузi освiти (Кремень, 2009).
ЗмЫи в освт обумовлен загальним рiвнем розвитку сусптьства; формуванням ново! генерацп людей, ям живуть в середовиш^, насиченому цифровими засобами; появою нових технолопй, що потребують поспйного доступу до мережi
ISSN 2413-158X (online) ISSN 2413-1571 (print)
1нтернет. Технологiчнi змЫи, що вщбулися у формуванн освiтнього середовища заклад1в загально! середньо! освiти, дали можливкть учителям надавати учням приклади i зразки пошуково!, творчо! дiяльностi, тзнавальы завдання з використання 1КТ, зокрема систем комп'ютерного моделювання (СКМод) (Литвинова, 2018; ПЫчук&Литвинова&Буров, 2017).
Вiдсутнiсть методичного забезпечення, низький рiвень обiзнаностi вчителiв щодо iснуючих ефективних технологiй навчання таких, як комп'ютерне моделювання не дае змоги учням формувати шдивщуальну траeкторiю розвитку i формувати компетентности з природничо-математично! освiти (Литвинова, 2018). Це ш^чно пiдтверджуеться аналiтичними звп^ами Укра!нського центру оцiнювання якостi освти, зокрема оприлюднюються результати зовнiшнього незалежного оцЫювання учнiв з природничо-математичних предме^в.
Аналiз актуальних дослiджень. Питання ефективност використання комп'ютерного моделювання в освтньому процесi дослiджувалися протягом останнiх роюв в роботах вiтчизняних вчених. Одним iз основних питань для впровадження комп'ютерного моделювання в освт-лй процес було обГрунтування проблеми формування системи вщкрито! освiти, використання iнновацiйних середовищ навчання - комп'ютерно-орiентованих i мобтьних, електронних освiтнiх iгрових ресурсiв та iмiтацiйних моделей (Биков, 2009).
У робот «Застосування iгрових симуляторiв у формуванн професiйних компетентностей майбутнiх iнженерiв-програмктв» вченим проаналiзовано низку сучасних ^рових симуляторiв. Видiлено критерп та показники добору ^рових симуляторiв: дидактичний (вщповщысть темам та компетентностям; реалктичысть; взаемодiя з iншими ролями; можлив^ь аналiзу результатiв та помилок; адаптивысть рiвня складностi; пiдтримка рiзних сценарпв); функцiональний (зручнiсть iнтерфейсу; захоплюючий ^ровий процес; безкоштовнiсть; мультиплеер; гра зi штучним iнтелектом; багатомовнiсть); технологiчний (кросплатформешсть; простота налаштування; сумiснiсть з мобтьними пристроями) (Концедайло, 2018).
Д.С. Антонюк у робот «Використання програмно-iмiтацiйних комплексiв як засобiв формування економiчних компетентностей студентiв техычних спе^альностей» обГрунтував та розробив авторську модель використання програмночмп^ацшних комплексiв, представив загальну структуру методики !х використання; описав рiзнi форми та методи використання програмночмп^ацшних комплексiв в освiтньому процесi (Антонюк, 2018).
У робот «Методика використання комп'ютерного 3D проектування у навчанн майбутнiх фахiвцiв з дизайну» вчений обГрунтував етапи ознайомлення та оволодЫня засобами 1КТ, що включають: узагальнено-оглядовий (передбачае теоретичне ознайомлення з основним функцюналом засобiв 1КТ, можливостями та особливостями, рiвнем застосування серед професiоналiв), практично-оглядовий (передбачае теоретичне ознайомлення з практичним обмеженим оволодшням) та практичне застосування для виконання навчальних завдань (передбачае короткий теоретичний огляд та розширене практичне застосування в ходi виконання циклу практичних та лабораторних завдань). Вчений також зазначае, що для ефективного навчання залишаеться необхщысть застосування комплексного використання засобiв 1КТ, серед яких електронна пошта, блог, <^ртуальна дошка», сощальы мереж^ офiснi програми та додатки, графiчнi редактори, 3D-редактори (Борисенко, 2018). Результати наукового пошуку вченого щодо застосування комп'ютерного моделювання в освтньому процеа можна iнтегрувати на рiзних рiвнях освiти, зокрема в закладах загально! середньо! освти на уроках трудового навчання.
Питання комп'ютерного моделювання та застосування мережi 1нтернет для дослщження природних явищ пiднiмалося спiвробiтниками 1нституту iнформацiйних технологiй i засобiв навчання НАПН Укра!ни. Група дослiдникiв обгрунтувала основнi принципи i пiдходи використання 1нтернет-технологш в шкiльному експериментi пщ час вивчення курсу фiзики. Вони довели, що для застосування комп'ютерного моделювання мають бути визначен конкретн навчальн цiлi. За висновками вчених шновацмн пiдходи в навчаннi спонукатимуть учнiв до пошуку причинно-наслiдкових зв'язюв, допомагатимуть отриманi знання i досвщ, залучити до здобуття нових знань, ствставлення цих знань з оточуючим свтэм (Жук&Соколюк&Дементевська&Слободяник&Соколов, 2014).
В Ушверситет iменi М.П. Драгоманова дослiдники встановили, що засвоення знань учнями вщбуваеться бтьш ефективно в процесi дiяльностi. Такою дiяльнiстю може бути розробка комп'ютерних моделей фiзичних явищ. При цьому процес побудови комп'ютерно! моделi можна органiзувати з поступовим !! ускладненням «в^д простого до складного» (Матвшчук&Серпенко&Подласов, 2008).
У Науково-дослiдному Ыституту iменi Вейцмана (1зра!ль) дослiдники прийшли висновку, що використання комп'ютерного моделювання в освiтньому процесi, сприяе розвитку Ытелектуальних умiнь учнiв, глибокому розумЫню природних процесiв, формуванню дослiдницьких навичок i вмiнь, поглибленню знань з Ыформатичних, математичних та фiзичних дисциплш, удосконаленню навичок роботи в цифровому середовищ^ (Хазiна, 2010).
Зазначимо, що питання використання комп'ютерних моделей в освiтньому процеа розвивалося i дослщжувалося вченими за такими напрямками: засвоення базових предметв на засадах використання iмiтацiйного моделювання (Павленко, 2011); використання iмiтацiйного моделювання в освiтньому процеа (Фадеева, 2013); посилення мiждисциплiнарних зв'язюв (Мястковська, 2014); пiдвишення iнтересу учыв до навчання на засадах використання Ярового моделювання (Прокопенко, 2014); використання електронних освт-лх iгрових ресурсiв (Мельник, 2016; Рибалко, 2016); використання систем комп'ютерно! математики СеоСеЬга з метою активiзацi! дослщницько! дiяльностi учнiв (Гриб'юк, 2017); активiзацiя пiзнавально! дiяльностi учыв (Слободяник, 2018).
Мета статтi. З огляду на це метою статт е обГрунтування моделi використання системи комп'ютерного моделювання в системi загально! середньо! освти для формування компетентностей учыв з природничо-математичних предметiв.
МЕТОДИ ДОСЛ1ДЖЕННЯ
У процесi дослiдження використовувались методи аналiзу педагогiчно! i методично! лтератури й дисертацiйних дослiджень; здшснювалося узагальнення результатiв вiтчизняного i зарубiжного досвiду; теоретичне моделювання використання системи комп'ютерного моделювання для формування компетентностей учыв; системний аналiзу для визначення структурних елементв моделi системи комп'ютерного моделювання. Це дослщження виконувалося в рамках
науково-дослщно' роботи «Система комп'ютерного моделювання пiзнавальних компетентностей учнiв з природничо-математичних предметв» (НДР №0118и003160).
завдань для формування
РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛ1ДЖЕННЯ
В умовах становлення i розвитку високотехнологiчного iнформацiйного суспiльства в Украíнi виникае необхiднiсть пiдвищення якостi та прюритетносп шкiльноí природничо-математичноí освiти, включення природничо-математичних предметв до навчальних планiв уах рiвнiв освiти, полiпшення природничо-математичноí пщготовки учнiв.
Метою природничо-математично' освiти е оволодшня суб'ектами навчального процесу знаннями з дисциплЦ якi характернi для цього напрямку, умшнями та навичками з метою подальшого 'х використання у життевш i професiйнiй дiяльностi. Сьогоднi одне з основних завдань природничо-математично'' освти е формування у молодого поколшня цiлiсного природничо-наукового свтэгляду (Кохановська, 2015).
Розрiзняють загальну та спещальну природничо-математичну освiту. Загальна - забезпечуе засвоення сукупност знань з основ природничо-математичних дисциплш, якi необхщы кожнiй людинi незалежно в^д и професп. Спецiальна -систематизованi знання i практичнi навички з природничих та математичних наук надаються в рамках здобуття майбутньо' професГ''. Загальна природничо-математична освп^а надаеться закладами загально' середньо' освiти, спецiальна -забезпечуеться в середовищi закладiв вищо' освти (Капров, 1965).
Нинi викликае занепокоення негативна тенден^я, щодо зниження загального рiвня пiдготовки випускникiв закладiв загально' середньо' освiти, зокрема щодо 'хнього розумiння природних явищ i процеав, володiння знаннями необхiдними для практичного застосування у процес вирiшення життевих проблем. В учнiв спостерiгаеться вщсутысть цiлiсного уявлення про природу свпу, що пiдтверджуе низьку сформовану компетентысть учнiв з природничо-математичних предметв.
З метою полiпшення ситуацГ'' i пiдвищенням рiвня компетентностi учнiв з природничо-математичних предметв пропонуеться модель використання системи комп'ютерного моделювання та тзнавальних завдань в системi загально' середньо! осв1ти (рис. 1).
концептуально-цшьовий
Мета: формування компетентное^ учыв з природничо-математичних предмета на засадах
використання СКМод
ПРИНЦИПА:
вщкритоГ ocBiTH. педагогично!"
ДОЦГПЬНОСЛ, MOSinbHOCTi,
тзнання
3MICT:
державы стандарти программ, курси за ви&ором, факультатив«, программ закладю позашктьно!' ocBiTH
ПЩХОДИ:
дитиноцентриський, системней д!яльн1сний, диференцшований
ОРГАН13АЦ1И НО-МЕТОДИ ЧНИИ
КРИТЕРИ ДОБОРУ СКМод науковЁсть, ¡нтерактизшсть, ¡нтуТтивнЕсть, ¡нструментальнклъ,
комплексн!сть, вар[ативн1сть, реалЁстичшсть, доступшсть, незапежысть вщ ОС, наочнЕсть даних
ЗАСТОСУВАННЯ: пщ час уроку, на факультативних заняттях, пщ час виконання домашньоГ роботи, у позаурочнЁй роботЁ
МЕТОДИЧН1 РЕКОМЕНДАЦИ щодо використання СКМод, розроБлення i використання тзнавальних завдань
ЕТАПУ1 УРОКУ: актуалйацЁя знань, пояснения нового MaTepiany, закрЁппення
Д1ЯЛЬН1СНО-ТЕХНОЛОПЧНИИ
ЗАСОБИ НАВЧАННЯ: мережа 1нтернет, комп'ютери, мультамедЁйн! засоби, Google Apps, Office 365
ФОРМИ НАВЧАННЯ: лекцГГ, презентацй", лабораторнЁ роботи, практичнЁ роботи, практикуми, MiHi-проекти, самостына робота
Yenka, О LABS, SHSU, Stratum. MOZAIK, PhET, CK-12, GeoGebra, Desmos
СКМод
Виконання □ ¡знавал ьних завданнн
Дослщницыи > TBopni > П р и клади!
МЕТОДИ НАВЧАННЯ: частково-пошуковий, юшуковий, пояснювальночлпюстративний, троблемний
ЕТАЛИ
ВИКОНАННЯ ---
ЗАВДАНЬ
контрольно-ощнювальнии
Рефлекая
Формуюче оцЁнювання
Пщсумковий контроль PiBHi навчальних досягнень: початковий, середнш, достатнш, високий
РЕЗУЛЬТАТ: сформована комптетентнють учн1в з природничо-математичних прдмет!в на засадах
використання СКМод
Рис. 1. Модель використання системи комп'ютерного моделювання для формування компетентностей учшв
Головна мета hoboï укра'нсько''' школи - сформувати компетентного випускника, який буде здатним застосувати отриман знання у житп, насиченому цифровими засобами комунтацп, управлiння, отримання освiти, ведення бiзнесу. Вiдповiдно до поставлено)' мети здшснюеться реформування загально''' середньо''' освiти з урахуванням потреб цифрового сусптьства. Серед потреб цифрового сусптьства суб'екти освiтнього процесу займають провiдне мкце - зростають вимоги до педагопв, зокрема до ïx цифрово'' компетентности.
У бвропейсьюй структурi цифрово' компетентности педагогiв (DigCompEdu) деталiзуeться науково обфунтована структура, що роз'яснюе значення «компетентний у цифровiй сферЬ>, зокрема компетентности учнiв визначенi як наскрiзнi i предметнi. Розвиток цифрово'' компетентностi учня спрямовано за такими напрямками: Ыформацшна грамотысть, робота з даними, комунтащя, використання електронного контенту, вiдповiдальнiсть, розв'язання проблем (https://ec.europa.eu/jrc/en/digcompedu).
Такий пщхщ до формування цифрово' компетентностi учнiв дасть можливкть широко впроваджувати в систему освти технологи пов'язанi з використанням СКМод, що сприятиме ефективному формуванню предметних компетентностей учыв, зокрема з природничо-математичних предме^в.
Використання СКМод на предметах природничо-математичного циклу мае здшснюватися на принципах: eidKpumoï oceimu - система комп'ютерного моделювання мае бути вщкритою для вах учасниюв освiтнього процесу (учнiв, педагогiв). На ïï використання не впливають симпатп або навпаки, антипатп, власний настрiй чи стан; мобльност'! - доступ до системи комп'ютерного моделювання мае здшснюеться будь-де i будь-коли; педагог'1чно1 доцiльностi - використання системи комп'ютерного моделювання мае вщповщати цтям уроку або освтнього процесу;
Ызнання, що е методолопею в обфунтуваны набуття учнями знань пщ час використання системи комп'ютерного моделювання. У ^mpi дослщжуваних систем комп'ютерного моделювання знаходиться учень як член со^уму, суб'ект, мовна особа.
У процес використання СКМод учителi мають застосовувати низку пiдходiв, зокрема:
дитиноцентриський - спрямовувати освт-лй процес на розвиток особистост учня, закладених природою обдарувань, його тзнавально''' дiяльностi, що е основоположним фактором у розвитку когытивних здiбностей особистостi;
системний - визначати навчання як цтеспрямовану творчу дiяльнiсть учня, розглядати зв'язки мiж метою, завданнями, змiстом, формами, методами навчання у взаемодп компонентiв педагопчного процесу;
д'яльшсний - спрямовувати оргаыза^ю дiяльностi учня на використанням СКМод, використання яко'' активiзувало б його тзнавальну дiяльнiсть, спiлкування та процеси саморозвитку;
диферен^йований - полягае у забезпеченн прав обдарованих дтей та дп^ей з рiзними функцiональними обмеженнями на отримання доступу до яюсних освiтнiх послуг, зокрема до здшснення iндивiдуальноï освiтньоï дiяльностi.
Змiст навчального матерiалу мае вiдповiдати державним стандартам, програмам, курсам за вибором, факультативам, програмам закладiв позашктьно''' освiти. Зазначимо, що питання штеграцп цифрового контенту, зокрема СКМод, в освiтнiй процес до кшця не визначено нормативними документами. Ще й досi вщсуты органiзацiйнi та методичнi освiтнi складов^ як от: використання цифрових лабораторш, електронних освiтнiх ресурсiв, електронних пщручнимв, комп'ютерних моделей, що потребуе модерызацп навчальних (освiтнiх) програм.
Нинi кнуе низка систем комп'ютерного моделювання, що пропонуеться виробниками для застосування в освтньому процеа, бтьшою мiрою зaрубiжнi (Yenka (www.yenka.com), Olabs (http://www.olabs.edu.in), Stratum (http://www.stratum.ac.ru), Mozaik (www.mozaweb.com), Phet (ttps://phet.colorado.edu), CK-12 (https://www.ck12.org), GeoGebra (https://www.geogebra.org), Desmos (https://www.desmos.com/)). Учителям бажано здiйснювaти критичний вiдбiр таких ресурсiв.
Пропонуемо критерп добору систем комп'ютерного моделювання, використання яких спрямовуеться на формування природничо-математичних компетентностей учыв:
Вар'штившсть - передбачено можливкть формулювати i виршувати завдання дектькох вaрiaнтiв та рiвнiв складносп.
Доступшсть — доступ до комп'ютерно' моделi може здiйснювaтися будь-де i будь-коли. 1нструментальшсть - мають цифровий шструментарш для проведення низки вимiрювaнь. 1нтерактивнсть - змши певних пaрaметрiв призводять до змiн в системi комп'ютерного моделювання. 1нту'1'тившсть - керування не потребуе докладних покрокових Ыструкцш користування або передбачае мiнiмaльнi шструкцп i супровiд.
Комплексшсть - виршення/дослщження не однiеï проблеми/зaдaчi, а комплекс рiзних завдань. Наочтсть даних- вбудован aнiмaцiйнi фрагменти, грaфiки i дiaгрaми, що iлюструють перебiг явищ i процесiв. Науков'!сть моделей - вщображае реальний свiт, вiдповiдaе природничим законам, працюе на «граничних» випадках.
Незалежнсть вщ оперaцiйноï системи i пристрою - перегляд i управлЫня на рiзних цифрових пристроях (ПК, мобтьних телефонах, планшетах) з рiзними операцшними системами.
Реалктичнкть - наближене до реального життя учнiв, ïx оточення.
Впровадження СКМод в освт-лй процес мае тдкртлюватися методичними мaтерiaлaми, ям допоможуть вчителю отримати вiдповiдь на загальн методичнi й оргaнiзaцiйнi питання.
До оргаызацшних зaходiв використання системи комп'ютерного моделювання потрiбно вiднести визначення часу ïï використання: пщ час уроку, на факультативних заняттях, пщ час виконання домашньо'' роботи або використати в позаурочнш дiяльностi (на гуртках, пщ час пiдготовки робп- на конкурс Мало' академп наук тощо).
Ефективнiсть використання цифрового контенту залежить вщ мaйстерностi вчителя штегрувати його в конкретний етап уроку: пщ час aктуaлiзaцiï знань, пояснення нового мaтерiaлу або зaкрiплення.
Також треба звернути увагу на добiр форм навчання учнiв з використанням СКМод. Це можуть бути традиции
форми: лекцп, презентацп, лабораторн i прaктичнi роботи, практикуми, мЫипроекти, сaмостiйнa робота учнiв. Але можна оргаызувати i новiтнi форми, наприклад досл'дницька стан^я (фiзикa, бiологiя) - працюють групи учыв, результати i висновки записують у сптьний звп- (документ) потiм йде обговорення, порiвняння i узагальнення або сл'дство ведуть знавц (хiмiя) - групи учыв роблять припущення i шукають шляхи виршення проблеми, проводять експеримент по™ йде презентaцiя результaтiв i обговорення.
Осктьки основний фокус ми робимо на розвиток тзнавальних здiбностей учыв, тому проектування пiзнaвaльних завдань, визначення етапи ïx виконання, розробка шструкцш, стають важливою складовою впровадження СКМод в освт-лй процес (Литвинова, 2018).
Перевагу тзнавальним завданням ми будемо вщдавати таким, якi можна реaлiзувaти на рiвнi навчального заняття: уроку, домашнього завдання, практично' роботи або навчального проекту. Визначимо основы рiвнi тзнавальних завдань за характером мислення учня:
досл'дницьке - оргаызащя та здшснення дослщження проблеми на засадах навчання; творче - узагальнення даних та розробка власних моделей, розв'язюв;
прикладне - застосування актуальних знань, умЫь i компетентностей для виршення навчально'' або життево'' проблеми.
Важливого значення набувае проектуванн тзнавальних завдань i технолопя ïx застосування в освiтньому процеа. Цей аспект детально висв™ено в прац (Литвинова, 2018)
Зупинимося ще на такому етат уроку як тдведення пiдсумкiв. Нин у цьому процесi активну участь можуть взяти учнi. Ми пропонуемо вчителям застосовувати рефлекаю. Рефлексiя - це сaмоaнaлiз (Бусел, 2005). Рефлекаю класифтують ïi за функцiонaльним змктом:
рефлекая настрою та емоцiйного стану - використовуеться на початку уроку i в шнц дiяльностi учыв для перевiрки ïx емоцiйного стану;
рефлекая дiяльностi - використовуеться для осмислення способiв та прийоми роботи з навчальним мaтерiaлом, пошуку рацюнальних вaрiaнтiв;
рефлекая зм/'сту навчального матер'шлу - використовуеться для виявлення рiвня усвщомлення змiсту, вивченого на уроц (Орбан-Лембрик, 2005).
Доречними для тдведення пщсуммв будуть картки, наприклад iз зображенням емоцiйних облич (смайлики). Або низка прийомiв:
«Ромашка Блума» - шлсть запитань розроблених на засадах тaксономiя Блума (знання, розумiння, застосування, aнaлiз синтез, оцiнювaння);
«Рибацька атка» - учнi виписують влaстивостi вивченого об'екта в таблицю;
«Дерево припущень» - корЫня/ппотеза, гiлки/шляхи розв'язання, стовбур/результат i т.д.
Рефлексивна контрольно-оцЫочна дiяльнiсть при оргaнiзaцiï навчального процесу важлива, осктьки не ттьки aнaлiзуе результати роботи учыв, але й сам процес роботи, що у свою чергу, передбачае включення кожного учня у взаемоконтроль i взаемооцшювання (Тихоненко, 2016).
Шдвищити ефективысть контролю та оцЫювання знань учыв можна за допомоги формуючого оцЫювання. Формуюче оцшювання застосовуеться вчителями для отримання даних щодо поточного стану засвоення знань учнями конкретно'' теми i визначення найближчих кромв щодо ïx покращення.
Особливост формуючого оцшювання полягають в тому, що оцшюеться робота учня у досягнення цтей навчання, а не його особиспсть; пропонуеться чп^кий алгоритм визначення оцЫки, зрозумтий учню; увага акцентуеться на персональному прогреа учня, а не на оцЫцк
Форми проведення формуючого оцiнювaння учыв пропонуються тaкi: рефлексивнi технiки (сигнали рукою, карточками) для з'ясування i виявленням складних питань; уточнюючi питання; aнaлiтичнi питання; мЫитести; перевiркa творчих робгг з метою виявлення помилок тощо.
Шдсумкове оцiнювaння застосовуеться для визначення якосп засвоення учнями навчального мaтерiaлу за конкретною темою.
Погоджуемося з думкою науков^в якi зазначають, що шструментами фiксaцiïй оцiнювaння навчальних досягнень учыв може бути особистий профiль компетенцш, особисте вiртуaльне портфолiо, стрес-тест вiртуaльного свiту або цифрово' моделi.
З метою заохочення та мотивування учыв до навчально-тзнавально''' дiяльностi застосовуються змагальы iгровi моделi (геймiфiкaцiя), системи управлЫня репутaцiйним кaпiтaлом, превентивне упрaвлiння результатом (системи прогнозування досягнень), iгровi адаптивы моделi, системи монiторингу стану (що вщстежують емоцiйний стан учнiв). (Шнчук&Соколюк, 2018).
Основними функцiями контролю навчальних досягнень учыв е: мотивaцiйнa, дiaгностувaльнa, коригувальна, прогностична, перевiрочнa, розвивальна, виховна.
ОцЫювання навчальних досягнень учнiв мае здшснюватися вщповщно до Наказу МОН Укра'ни вiд 13.04.2011 № 329 «Про затвердження Критерпв оцiнювaння навчальних досягнень учыв (виховaнцiв) у системi загально'' середньо'' освiти» за яким критерп визначають зaгaльнi пiдходи до визначення рiвня навчальних досягнень учыв вiдповiдно до знань, умiнь i навичок учыв та визначаються показником оцЫки в балах. Основними крт^ями оцiнювaння навчальних досягнень учнiв е: систематичшсть (засвоення навчального мaтерiaлу в його лопчнш послiдовностi); повнота (обсяг знань про ктьккы та яюсы характеристики об'екту); мщнкть (безпомилковiсть вщтворення i збереження в пaм'ятi учня вивченого мaтерiaлу); оператившсть fумiння учня застосовувати знання про об'ект у типових умовах); гнучккть (умшня учня використовувати знання про об'ект у нетипових умовах).
Критерп реaлiзуються в нормах чотирьох рiвнiв досягнень: початковий, середнш, достатнш, високий. При визначены рiвня навчальних досягнень учнiв враховуються: характеристики вщпов^ (прaвильнiсть, логiчнiсть, обГрунтоваысть, цiлiснiсть); якiсть знань; сформовaнiсть загальнонавчальних та предметних умшь i навичок; рiвень
володшня розумовими оперaцiями: вмiння aнaлiзувaти, синтезувати, порiвнювaти, класифтувати, узагальнювати, робити висновки тощо; вмшня виявляти проблеми та розв'язувати ïx, формулювати ппотези; самостшысть оцiнних суджень.
Застосування новтньо''' СКМод сприятиме як aктивiзaцiï навчально' дiяльностi учнiв, так i формуванню ïx компетентностей. Вщповщно до Закону про освггу компетентнкть - динaмiчнa комбiнaцiя знань, умiнь, навичок, способiв мислення, поглядiв, цiнностей, iнших особистих якостей, що визначае здатысть суб'екта устшно соцiaлiзувaтися i здiйснювaти навчальну дiяльнiсть. Тому усi зaзнaченi заходи сприятимуть формуванню i розвитку компетентности учнiв з природничо-математичних предметiв.
ОБГОВОРЕННЯ
Обiзнaнiсть вчителiв щодо наявних СКМод дуже низька (Литвинова, 2018). Тому, виникае потреба в шформуваны i навчанн вчт^в-предметнимв використанню СКМод в освтньому процесi: пiд час уроку, в оргаызацп роботи учнiв iз засобами iнформaцiйно-комунiкaцiйних технологiй в позаурочний час (на факультативах i гуртка), у здшснены контролю виконання тзнавальних завдань та самостшно''' роботи.
Впровадження моделi використання СКМод в систему загально'' середньо' освiти потребуе удосконалення змкту i включення до програми тдвищення квaлiфiкaцiï та пiдготовки майбутых вчителiв таких тем, як: поняття про комп'ютерне моделювання, електроннi освiтнi ресурси, структура пiзнaвaльного завдання, застосування моделi використання СКМод для навчання учыв природничо-математичним предметам, робота з мережевими програмами для оргаызацп опитування та контролю знань учнiв.
Основними напрямами формування компетентности майбутнього вчителя природничо-математичних предме^в з використання системи комп'ютерного моделювання, як складово' професшно''' пiдготовки е: формування освiтнього середовища; оргаызацшы аспекти використання СКМод; використання мультимедшного комплексу для роботи з класом; теоретичнi засади розвитку систем комп'ютерного моделювання; теоретико-методичн засади проектування i використання тзнавальних завдань для рiзних втових кaтегорiй; форми реaлiзaцiï СКМод в освiтньому процесi; методи навчання учыв з використанням СКМод; оргаызацшно-методичы аспекти розробки уроку з використанням СКМод, електронних освт-iix ресурав; вiртуaльний кaбiнет вчителя (хмaро-орiентовaнi технологи); моыторинг рiвня навчальних досягнень учыв; оцiнювaння уроку з використанням СКМод; оцшювання якост та добiр комп'ютерних моделей.
Ц напрямки пiдготовки мають бути включен до навчальних плаыв зaклaдiв вищо' освiти, що здшснюють пiдготовку мaйбутнiх вчителiв природничо-математичних предме^в.
ВИСНОВКИ ТА ПЕРСПЕКТИВИ ПОДАЛЬШОГО ДОСЛ1ДЖЕННЯ
Системи комп'ютерного моделювання стають альтернативою звичайним малюнкам у паперових пiдручникaх i плакатам. Iмiтaцiйнi процеси, штерактивы вправи рiзних типiв, aнiмaцiйний супровщ, формуюче оцiнювaння дають можлив^ь кожному учню формувати компетентности i тзнавати свiт з захопленням.
Використання СКМод урiзномaнiтнюе процес здобуття освiти, дозволяе перейти вщ пасивних до активних методiв навчання, aктивiзуе нaвчaльно-пiзнaвaльну дiяльнiсть учнiв, дозволяе створити iндивiдуaльну траектор^ розвитку для кожного учня у процеа вивчення природничо-математичних предме^в.
Анaлiз наукових праць дав можливiсть зробити висновок, що комп'ютерне моделювання сприяе розвитку штелектуальних умшь, глибокому розумшню процесiв, що моделюються; формуванню дослщницьких умiнь, поглибленню знань i вмшь з iнформaтичних, фiзичних, хiмiчних, бюлопчних та математичних дисциплiн, удосконаленню навичок роботи з СКМод, отриманню нових знань на засадах дiяльнiсного тдходу.
Вчитель-предметник, як координатор цього розвитку, мае володiти новiтнiми технологiями навчання на засадах використання шформацшно-комунтацшних технологш. Удосконалення системи пiдготовки мaйбутнiх вчт^в-предметникiв потребуе не тiльки базового знання про комп'ютерну технту, а й новi пiдходи формування освтнього середовища, використання новiтнiх технологiй навчання, зокрема СКМод.
З викладеного вище можна зробити висновки, що особливостями моделi використання СКМод е: формування компетентностей учыв з природничо-математичних предме^в як цЫсно''' вщкрито''', динaмiчноï системи; здшснення шновацшного освiтнього процесу в умовах динaмiчних технологiчних змiн; забезпечення координацп iндивiдуaльного розвитку кожного учня для устшно''' реaлiзaцiï компетентнiсного тдходу; формування уявлення учнiв про цЫсысть картини свiту. СКМод стае засобом дослщження процесiв i явищ живо'' та неживо'' природи. Комп'ютерне моделювання таких процеав сприятиме розробленню системи тзнавальних завдань для учыв на засадах науковосп, доступности та наочносп. Застосування системи пiзнaвaльних завдань формуватиме в учыв предметнi компетентностi, уявлення про оточуючий свп- i взаемозв'язки в природк
Подальшого обГрунтування потребуе розроблення методичних рекомендацш щодо застосування СКМод в освтньому процеа, що слугуватимуть науково-методичним забезпеченням навчання учыв предме^в природничо-математичного циклу.
Список використаних джерел
1. Антонюк Д.С. Використання програмночмп^ацшних комплекав як зааб формування економiчних компетентностей студентiв техычних спецiaльностей: автореф. дис. _ канд. пед. наук: 13.00.10/ 1нститут шформацшних технологiй i зaсобiв навчання НАПН Укра'ни. 2018. 22 с.
2. Биков В.Ю. Моделi оргaнiзaцiйних систем вщкрито''' освiти: моногрaфiя. Ки'в: Атта, 2008. 684 с.
3. Бта книга нaцiонaльноï освiти Укра'ни / за ред. В. Г. Кременя. Ки'в: 2009. С. 94-106.
4. Борисенко Д.В. Методика використання комп'ютерного 3D моделювання у навчаны майбутых фaхiвцiв з дизайну: автореф. дис. ... канд. пед. наук: 13.00.10/ 1нститут шформацшних технологш i зaсобiв навчання НАПН Укра'ни. 2018. 22 с.
5. Бусел В. Т. Великий тлумачний словник сучасно'' укра'нсько' мови. Ки'в: Перун, 2005. 1728 с.
6. Жук Ю. О., Соколюк О. М., Дементевська Н. П., Слободяник О. В., Соколов П. К. Використання Ытернет технолопй для дослщження природних явищ у шктьному курсi фiзики : поабник. Ки'в: Атiка. 2014. 172 с.
7. Концедайло В.В. Застосування ^рових симуляторiв у формуванн професiйних компетентностей майбутых iнженерiв-програмiстiв: автореф. дис. ... канд. пед. наук: 13.00.10/ 1нститут шформацмних технологiй i засобiв навчання НАПН Укра'ни. 2018. 20 с.
8. Кохановська О. Природничо-математична освп^а: сутысть та змiстовi аспекти. Людинознавч'1 студИ Педагогка. 2015. Вип. 1 (33). С. 76-82. URL: http://dspu.edu.ua/pedagogics/arhiv/33_1_2015/11.pdf (дата звернення: 11.02.2019).
9. Литвинова С.Г. Система комп'ютерного моделювання об'ектв i процеав та особливост '''' використання в навчальному процеа закладiв загально'' середньо'' освiти. lнформацiйнi технологи i засоби навчання. 2018. Том 64. № 2. С. 48-65. URL: https://journal.iitta.gov.ua/index.php/itlt/article/view/2111/1330 (дата звернення: 11.02.2019).
10. Литвинова С.Г. Використання систем комп'ютерного моделювання для проектування дослщницьких завдань з математики. Ф'зико-математична oceima, 2018. Вип. 1 (15). С. 83-89.
11. Нацюнальна доповщь про стан i перспективи розвитку освiти в Укра'н / за заг. ред. В. Г. Кременя. Ки'в: Педагопчна думка, 2016. С.159-164.
12. Орбан-Лембрик Л. Е. Со^альна психолопя: навч. посiб. для студ. вищ. навч. закл. Ки'в: Академвидав, 2005. 446 с.
13. Педагогическая энциклопедия: в 4 т. / гл. ред. И.А. Капрова. Москва: Советская энциклопедия, Т. 2. 1965. 912 с.
14. Шнчук О.П., Литвинова С.Г., Буров О.Ю. Синтетичне навчальне середовище - крок до ново' освiти. lнфoрмaцiйнi технологиiзасоби навчання. 2017. Вип. 4 (60). С. 28-45.
15. Шнчук О.П., Соколюк О.М. Навчально-тзнавальна дiяльнiсть учыв в умовах використання штернет орieнтованих освп>лх технолопй. Одинадцята м'жнародна науково-практична конферен^я ЮН-2018 (м. В'шниця, 22-25 травня, 2018 р.). ВЫниця, 2018. C. 266-267.
16. Про схвалення Концепцп Державно'' цшьово'' со^ально'' програми пщвищення якост шкiльноí природничо-математично' освiти на перiод до 2015 року. URL: https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/1720-2010-%D1%80 (дата звернення: 11.02.2019).
17. Тихоненко А. I. Рефлекая на уроках. Як? Коли? Навщо? URL: http://osvita.ua/school/lessons_summary/psychology/51093 (дата звернення: 11.02.2019).
18. Digital Competence Framework for Educators (DigCompEdu). URL: https://ec.europa.eu/jrc/en/digcompedu (дата звернення: 11.02.2019).
19. Lytvynova S. Cognitive Tasks Design by Applying Computer Modeling System for Forming Competences in Mathematics. 14th International Conference on ICT in Education, Research and Industrial Applications. Integration, Harmonization and Knowledge Transfer. 2018. Vol-2104. Р. 278-293. URL: http://ceur-ws.org/Vol-2104/paper_150.pdf (дата звернення: 11.02.2019).
References
1. Antonyuk, D. S. (2018). Vykorystannya prohramno-imitacijnyx kompleksiv yak zasib formuvannya ekonomichnyx kompetentnostej studentiv texnichnyx special"nostej [Use of software simulation complexes as a means of forming the economic competences of students of technical specialties] Extended abstract of candidate's thesis. Sumy: Instytut informacijnyx texnolohij i zasobiv navchannya NAPN Ukrayiny. [in Ukrainian].
2. Bykov, V. Yu. (2008). Modeli orhanizacijnyx system vidkrytoyi osvity: monohrafiya [Open Education Organizational Models: monograph]. Kyyiv: Atika. [in Ukrainian].
3. Kremen, V. H. (Ed.) (2009) Bila knyha nacional"noyi osvity Ukrayiny [White Book of National Education of Ukraine]. Kyiv. [in Ukrainian].
4. Borysenko, D. V. (2018). Metodyka vykorystannya komp'yuternoho 3D modelyuvannya u navchanni majbutnix faxivciv z dyzajnu [Method of using computer 3D modeling in the training of future design professionals] Extended abstract of candidate's thesis. Sumy: Instytut informacijnyx texnolohij i zasobiv navchannya NAPN Ukrayiny. [in Ukrainian].
5. Busel, V. T. (2005). Velykyj tlumachnyj slovnyk suchasnoyi ukrayins"koyi movy. [Great explanatory dictionary of modern Ukrainian language] Kyyiv: Perun. [in Ukrainian].
6. Zhuk, Yu. O., Sokolyuk, O. M., Dementiyevs"ka, N. P., Slobodyanyk, O. V. & Sokolov, P. K. (2014). Vykorystannya internet texnolohij dlya doslidzhennya pryrodnyx yavyshh u shkil"nomu kursi fizyky: posibnyk. [Use of Internet technologies for the study of natural phenomena in the school physics course: manual] Kyyiv: Atika. [in Ukrainian].
7. Koncedajlo, V. V. (2018). Zastosuvannya ihrovyx symulyatoriv u formuvanni profesijnyx kompetentnostej majbutnix inzheneriv-prohramistiv. [Application of gaming simulators in the formation of professional competencies of future engineers-programmers] Extended abstract of candidate's thesis. Instytut informacijnyx texnolohij i zasobiv navchannya NAPN Ukrayiny. [in Ukrainian].
8. Koxanovs"ka, O. (2015). Pryrodnycho-matematychna osvita: sutnist" ta zmistovi aspekty. [Natural and mathematical education: essence and content aspects] Lyudynoznavchi studiyi. Pedahohika — Human Studies Studios. Pedagogy, 1 (33). 7682. Retrieved from http://dspu.edu.ua/pedagogics/arhiv/33_1_2015/11.pdf. [in Ukrainian].
9. Lytvynova, S. H. (2018). Cystema komp'yuternoho modelyuvannya ob'yektiv i procesiv ta osoblyvosti yiyi vykorystannya v navchal"nomu procesi zakladiv zahal"noyi seredn"oyi osvity. [System of computer simulation of objects and processes and peculiarities of its use in the educational process of institutions of general secondary education] Informacijni texnolohiyi i zasoby navchannya — Information Technology and Learning Tools, 2(64). 48-65. Retrieved from https://journal.iitta.gov.ua/index.php/itlt/article/view/2111/1330. [in Ukrainian].
10. Lytvynova, S. H. (2018). Vykorystannya system komp'yuternoho modelyuvannya dlya proektuvannya doslidnyc"kyx zavdan" z matematyky. [Use of computer simulation systems for designing research tasks in mathematics] Fizyko-matematychna osvita - Physical and Mathematical Education, 1 (15). 83-89. [in Ukrainian].
11. Kremen, V. H. (Ed.) (2016). Nacional"na dopovid" pro stan i perspektyvy rozvytku osvity v Ukrayini [National report on the state and prospects of education in Ukraine]. Kyiv: Pedahohichna dumka. [in Ukrainian].
12. Orban-Lembryk, L. E. (2005). Social"na psyxolohiya: navch. posib. dlya stud. vyshh. navch. zakl. [Social Psychology] Kyyiv: Akademvydav. [in Ukrainian].
13. Kaprova, Y. A. Pedahohycheskaya эncyklopedyya (1965). [Pedagogical encyclopedia]. Moskva: Sovetskaya эncyklopedyya. [in Russian].
14. Pinchuk, O. P., Lytvynova, S. H. & Burov, O. Yu. (2017). Syntetychne navchal"ne seredovyshhe - krok do novoyi osvity. [Synthetic learning environment - a step towards new education] Informacijni texnolohiyi i zasoby navchannya — Information Technology and Learning Tools, 4 (60). 28-45. [in Ukrainian].
15. Pinchuk, O. P. & Sokolyuk, O. M. (2018). Navchal"no-piznaval"na diyal"nist" uchniv v umovax vykorystannya internet oriyentovanyx osvitnix texnolohij. [Teaching and learning activities of students in the use of Internet-oriented educational technologies] Odynadcyata mizhnarodna naukovo-praktychna konferenciya ION-2018 — Eleventh International Scientific and Practical Conference "IES-2018" (pp. 266-267). [in Ukrainian].
16. Pro sxvalennya Koncepciyi Derzhavnoyi cil"ovoyi social"noyi prohramy pidvyshhennya yakosti shkil"noyi pryrodnycho-matematychnoyi osvity na period do 2015 roku. [On Approval of the Concept of the State Target Social Program for Improving the Quality of School Natural and Mathematical Education for the period up to 2015]. Retrieved from https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/1720-2010-%D1%80. [in Ukrainian].
17. Tyxonenko, A. I. (2016). Refleksiya na urokax. Yak? Koly? Navishho? [Reflection on lessons. How? When? Why?] Retrieved from http://osvita.ua/school/lessons_summary/psychology/51093. [in Ukrainian].
18. Digital Competence Framework for Educators (DigCompEdu). Retrieved from https://ec.europa.eu/jrc/en/digcompedu. [in English].
19. Lytvynova, S. H. (2018). Cognitive Tasks Design by Applying Computer Modeling System for Forming Competences in Mathematics. Proceedings of the International Conference "14th International Conference on ICTin Education, Research and Industrial Applications. Integration, Harmonization and Knowledge Transfer" (pp. 278-293). Retrieved from http://ceur-ws.org/Vol-2104/paper_150.pdf. [in English].
THE MODEL OF THE USE OF COMPUTER MODELING SYSTEM FOR FORMATION COMPETENCES OF NATURAL AND MATHEMATICAL SUBJECT STUDENTS Svitlana Lytvynova
Institute of Information Technologies and Learning Tools of National Academy of Education Sciences of Ukraine
Abstract.
Problem formation. Lack of methodical support, low level of teachers' awareness of existing effective teaching technologies such as computer modeling does not allow students to form their own individual trajectory for development as well as their competence in natural and mathematical education. This is annually confirmed by the analytical reports of the Ukrainian center for education quality assessment, in particular, the results of external independent assessment of students studying natural -mathematical sciences which are published.
Materials and methods. Methods of pedagogical and methodical literature analysis as well as dissertation project analysis were used in the scope of this research; the generalization of domestic and foreign experience results was carried out; theoretical modeling of the use of the computer modeling system for the development of students' competences; as well as system analysis to determine the structural elements of the model of computer modeling system.
Research results. The model of use of the computer modeling system for developing students' competences in natural and mathematical subjects has been developed. The peculiarities of this model include its use on the basis of child-centric, systemic, activity, differentiated approaches with the purpose of forming natural and mathematical subject students' competences. An important result of the study is the justification of: CMODS selection criteria (variability, accessibility, tooling, interactivity, intuition, complexity, data visuality, scientific ground of models, independence, realism); forms and methods of applying CMODS in the educational process, allocating the aspect of cognitive tasks application (research, creative, applied) for the students competences formation; the justification of such forms of evaluation as reflection, formative evaluation, final evaluation.
Conclusions. Computer modeling systems become an alternative to conventional drawings in paper course books and posters. Imitation processes, interactive exercises of various types, animation support as well as formative assessment give each student the opportunity of developing competence and exploring the world with enthusiasm. The use of CMODS diversifies the process of obtaining knowledge, allows transfer from passive to active teaching methods, activates educational and cognitive activity of students, as well as the creation of an individual trajectory for development for each student in the process of studying natural and mathematical subjects. The development of methodical recommendations on the use of CMODS in the educational process requires further justification; the methodical recommendations will serve as a scientific and methodical support for the formation of competences of students studying natural and mathematical subjects.
Key words: computer simulation system; CMODS; modeling; secondary schools; natural and mathematical education; competence; cognitive tasks.
