1

Článok sa zaoberá organizáciou pedagogického výskumu pomocou metód počítačovej simulácie. Sú analyzované všeobecné charakteristiky pedagogického výskumu ako vyučovacej metódy, ktorá je vo všeobecnosti adekvátna informatizácii vzdelávania. Popisujú sa vlastnosti počítačového modelovania ako metódy vedeckého výskumu. Zovšeobecnená štruktúra pedagogického výskumu je konštruovaná pomocou metód počítačového modelovania, vychádzajúca zo štádií pedagogického výskumu a všeobecnej schémy budovania modelu. Špecifikujú sa vlastnosti stanovenia cieľa, formulovania hypotézy, vypracovania systému úloh a vykonania experimentu. Všeobecná logika pedagogického výskumu pomocou metód počítačového modelovania sa odhaľuje v podobe etáp formovania teoretických predstáv o predmete skúmania a určovania podstatných vlastností, určovania zoznamu parametrov pre formálny popis modelu, výberu nástroja počítačového modelovania, vytvárania teoretických predstáv o predmete štúdia a určovania základných vlastností. zostavenie modelu a uskutočnenie experimentu. V závere príspevku sú uvedené príklady nastavenia pedagogického výskumu realizovaného pomocou metód počítačovej simulácie.

vzdelávací projekt

študovať štúdium

počítačové modelovanie

1. Korolev A.L. Počítačové modelovanie. M.: BINOM. Vedomostné laboratórium, 2010. - 230 s.

2. Korotkov A.M. Teoretický a metodický systém prípravy študentov na učenie sa v počítačovom prostredí: dizertačná práca…. Dr ped. vedy. - Volgograd, 2004. - 341 s.

3. Leontovič A.V. K základným pojmom koncepcie rozvoja výskumu a projektové aktivityštudentov // Výskumná práca školákov. - 2003. - č. 4. - S. 18–24.

4. Letsko V.A. Didaktické podmienky používania počítača ako prostriedku výučby budúcich učiteľov pri riešení úloh vyhľadávania: dis... kand. ped. vedy. - Volgograd, 1995. - 158 s.

5. Nové pedagogické a informačné technológie v systéme vzdelávania: Proc. príspevok pre študentov. ped. univerzity a systémy vysokoškolského vzdelávania. kvalifikovaní ped. personál / E.S. Polat, M.Yu. Bucharkina, M.V. Moiseeva, A.E. Petrov / Ed. E.S. Polat. - M.: Vydavateľské centrum "Akadémia", 1999. - 224 s.

6. Petrov A.V. Metodologické a metodické základy počítačovej výchovy rozvíjajúcej osobnosť: Monografia. Volgograd: Zmena, 2001. 266 s.

7. Samarskii A.A., Michajlov A.P. Matematické modelovanie: Myšlienky. Metódy. Príklady. - Ed. 2., rev. - M.: Fizmatlit, 2001. - 320 s.

8. Sergeev A.N. Počítačové technológie ako prostriedok osobného rozvoja v procese učenia: nové príležitosti // Zborník Volgogradskej štátnej pedagogickej univerzity. Edícia "pedagogické vedy": vedecký časopis. - 2005. - č. 1 (10). - S. 80–85.

9. Sovetov B.Ya., Yakovlev S.A. Modelovanie systémov: Proc. pre univerzity - Ed. 3., revidované. a dodatočné - M.: Vyššie. škola, 2001. - 343 s.

Informačné technológie sú vo vzdelávacom procese široko využívané. V roku 1985 bol do štruktúry školského a vysokoškolského vzdelávania zaradený kurz informatiky, v rámci ktorého sa veľká pozornosť venovala formovaniu algoritmického myslenia a počítačového programovania. Súčasne prebiehal vývoj softvéru pre vzdelávacie účely pre celý rad akademických odborov. Počítačové a tréningové programy boli považované za nový učebný nástroj, ktorý poskytuje formovanie vedomostí a zručností študentov, s prihliadnutím na možnosti individualizácie a diferenciácie, kontroly, rozvoja stabilných zručností na vykonávanie určitých operácií. V budúcnosti sa predstavy o možnostiach a spôsoboch využitia informačných technológií vo vzdelávaní trochu rozšírili a zmenili. Počítač sa začal chápať ako prvok širšieho, holistického didaktického počítačového prostredia a vedúcou myšlienkou informatizácie vzdelávania bolo pochopenie, že nové informačné technológie by mali zabezpečiť predovšetkým vývoj a implementáciu nových pedagogický technológie, ktoré zodpovedajú dnešným potrebám.

V súčasnosti teda môžeme konštatovať, že dosahovanie cieľov informatizácie vzdelávania je nemožné len prostredníctvom využívania nástrojov informatizácie, využívania počítača ako prostriedku na prácu s informáciami v už skôr zavedených modeloch učenia. Spolu s nástupom technických prostriedkov sa musia meniť aj vyučovacie metódy, adekvátne spoločenskej požiadavke na zmenu vzdelávania. V mnohých ohľadoch sú tieto metódy spojené s projektovými vzdelávacími technológiami, ktoré zahŕňajú aktívnu pozíciu študenta.

Ako je uvedené v prácach E.S. Polat, projektová činnosť žiakov je spoločná vzdelávacia, poznávacia, tvorivá alebo herná činnosť, má spoločný cieľ, dohodnuté metódy, spôsoby činnosti, zamerané na dosiahnutie celkového výsledku činnosti. Nevyhnutnou podmienkou projektovej činnosti je prítomnosť vopred vypracovaných predstáv o konečnom produkte činnosti, fázach návrhu a realizácie. E.S. Polat poznamenáva, že projekt vždy začína formuláciou problému (úlohy), ktorý je významný z hľadiska výskumu a kreativity, vyžaduje integrované znalosti, výskumné hľadanie jeho riešenia.

Vzdelávací projekt sa tak stáva metódou organizácie pedagogického výskumu, motivačným základom pre jeho realizáciu. Výskum sa prirodzene stáva neoddeliteľnou súčasťou vzdelávacieho projektu, keďže na dosiahnutie cieľov projektu si vyžaduje získanie nových vedomostí, ktoré sú študentom zrozumiteľné a zrejmé.

Pri analýze čŕt výskumných aktivít študentov A.V. Leontovič poukazuje na to, že účelom pedagogického výskumu je osvojenie si funkčnej zručnosti bádateľskej činnosti ako univerzálneho spôsobu osvojovania si reality, rozvoj schopnosti výskumného typu myslenia, aktivizácia osobnej pozície študenta v vzdelávací proces založený na získavaní subjektívne nových poznatkov. Zároveň efektívna organizácia a realizácia pedagogického výskumu priamo závisí od dizajnu štúdie. Pedagogický výskum predpokladá prítomnosť hlavných etáp charakteristických pre výskum vo vednej oblasti: 1) vyhlásenie o probléme; 2) štúdium teórie súvisiacej so zvolenou témou; 3) predloženie hypotéz; 4) výber výskumných metód a ich praktické zvládnutie; 5) zber vlastného materiálu, jeho rozbor a zovšeobecnenie; 6) formulácia záverov.

Pri užívaní opísaného A.V. Leontovičových etáp výskumu považujeme za potrebné venovať pozornosť tomu, že všetky moderné výskumy (ako vo vzdelávacom procese, tak aj vo „veľkej“ vede) sa realizujú pomocou informačných technológií. Týka sa to minimálne štádií štúdia informačných zdrojov, zberu, uchovávania a spracovania vlastných údajov a formalizácie výsledkov štúdie. Zároveň je dôvod tvrdiť, že možnosti informačných technológií sa v najväčšom rozsahu realizujú v situáciách, keď výskumné aktivity zahŕňajú využitie metód založených na modelovaní študovaných objektov a javov v počítačovom prostredí.

Aká je zvláštnosť výskumných prác realizovaných pomocou metód počítačovej simulácie? Modelovanie ako konštrukcia a štúdium modelov reálnych objektov a javov je najdôležitejšou výskumnou metódou. Hlavnou črtou takýchto štúdií je, že modelovanie je metóda nepriameho poznávania, pri ktorej pôvodný objekt, ktorý je predmetom štúdie, je v určitej korešpondencii s iným modelovým objektom a model je schopný nahradiť originál tak či onak v určitých fázach vývoja. kognitívny proces. Proces modelovania predpokladá prítomnosť: 1) predmetu štúdia; 2) výskumník, ktorému je pridelená konkrétna úloha; 3) model vytvorený na získanie informácií o objekte a nevyhnutný na vyriešenie problému.

A. L. Korolev rozlišuje vo všeobecnej schéme konštrukcie modelu nasledujúce hlavné etapy.

1. Na základe existujúceho problému je formulovaná výskumná úloha, ktorá obsahuje popis objektu modelovania.
2. Simulačný objekt sa analyzuje: zisťuje sa, z akých prvkov objekt pozostáva, ako na seba navzájom pôsobia. Nastavujú sa vlastnosti objektu, ktoré sú relevantné pre riešenie problému. Identifikujú sa faktory, ktoré určujú tieto vlastnosti.
3. Prebieha samotná tvorba modelu, pričom sa volí typ modelu a spôsob jeho konštrukcie.
4. Rieši sa otázka interpretácie výsledkov simulácie (v prípade potreby), t.j. o tom, ako sa výsledky experimentu s modelom prenesú do reálneho objektu.
5. S modelom sa robia experimenty, kontroluje sa jeho primeranosť (stupeň zhody medzi modelom a objektom z hľadiska modelovaných vlastností).
6. Model je opravený alebo prepracovaný (v prípade nedostatočnej primeranosti).
7. Model sa používa na vyriešenie problému.

S príchodom výpočtovej techniky získalo modelovanie nový a veľmi výkonný zdroj na jeho implementáciu, pretože tradičné analytické metódy na vytváranie modelov boli doplnené o možnosti počítačových výpočtov. V tomto prípade sa výpočty vykonávajú automaticky v súlade s daným algoritmom a nevyžadujú zásah človeka.

A.A. Samarsky navrhol rozdeliť proces počítačového modelovania do troch etáp: „model – algoritmus – program“. Táto metodológia bola vyvinutá vo forme výpočtovej experimentálnej technológie pre teoretický výskum. Základom výpočtového experimentu je matematické modelovanie a využitie výpočtovej techniky.

Vývoj A.A. Na Samarského sa pozerá aj z hľadiska využitia softvéru na prípravu modelov – algoritmy je možné vyvíjať nielen vo forme počítačových programov pre známe programovacie systémy, ale aj postupných inštrukcií pre rôzne matematické balíky, ako aj špecializované počítačové modelovanie. nástrojov. Použitie špeciálnych počítačových simulačných balíkov vám umožňuje rýchlo zostavovať modely, vykonávať s nimi experimenty, analyzovať a vizualizovať výsledky simulácie. Implementácia modelov si nevyžaduje použitie žiadneho programovacieho systému, čo môže výrazne znížiť náročnosť vývoja modelov a čas strávený vývojom.

Vykonávanie vzdelávacieho výskumu pomocou metód počítačového modelovania preto zahŕňa konštrukciu a štúdium modelu skúmaného objektu. Na základe všeobecnej štruktúry výskumu vzdelávania opísanej A.V. Leontoviča, ako aj na modelovej konštrukčnej schéme navrhnutej A.L. Koroleva, môžeme opísať zovšeobecnenú štruktúru pedagogického výskumu realizovaného pomocou metód počítačovej simulácie.

Realizácia pedagogického výskumu metódami počítačového modelovania začína definovaním problému (témy) štúdie. Na základe analýzy problému sa vykoná popis predmetu štúdia, sformuluje sa cieľ, hypotéza a úlohy.

Účel edukačného výskumu realizovaného pomocou metód počítačového modelovania možno definovať ako štúdium predmetu štúdia z hľadiska jeho chápania (pochopiť, ako konkrétny predmet alebo proces funguje, aká je jeho štruktúra, základné vlastnosti, zákonitosti vývoja a interakcia s vonkajším svetom), riadenie (naučiť sa riadiť objekt alebo proces, určiť najlepšie spôsoby, ako ho riadiť podľa daných cieľov a kritérií) alebo prognóza (predpovedať priame a nepriame dôsledky vplyvu na objekt alebo proces danými spôsobmi ).

Hypotéza je formulovaná ako predpoklad o predmete skúmania, ktorého overenie je možné vykonať v priebehu experimentu s počítačovým modelom.

Úlohy vzdelávacieho výskumu s použitím metód počítačového modelovania budú zahŕňať:

1) formovanie teoretických predstáv o objekte štúdia (štruktúra a vlastnosti objektu), definovanie základných vlastností pre štúdium objektu podľa cieľov modelovania;

2) určenie zoznamu parametrov, ktoré umožňujú opísať model vo formálnom jazyku matematiky (zoznam veličín, od ktorých závisí správanie alebo štruktúra modelovaného objektu a parametre, ktoré je potrebné získať ako výsledok modelovania v súlade s stanovené ciele);

3) výber nástrojov počítačového modelovania (programovacie systémy, tabuľkové procesory, počítačové matematické balíky, špeciálne balíky na modelovanie procesov rôzneho typu) podľa spôsobu riešenia matematického modelu (numerické, štatistické alebo simulačné modelovanie);

4) zostavenie modelu a uskutočnenie experimentu na overenie alebo vyvrátenie hypotézy.

V priebehu experimentu sa kontroluje vhodnosť modelu k reálnemu objektu, zbierajú sa a analyzujú experimentálne dáta, študujú sa vlastnosti objektu, zisťujú sa jeho optimálne parametre a prevádzkové režimy a v prípade potreby sa model dolaďuje. . Na základe výsledkov experimentu sa formulujú závery o platnosti predloženej hypotézy, podmienkach a hraniciach použiteľnosti získaných výsledkov.

Na ilustráciu vyššie opísanej štruktúry pedagogického výskumu realizovaného pomocou metód počítačovej simulácie uvedieme príklady nastavenia pedagogického výskumu realizovaného pod naším vedením študentmi Fakulty matematiky, informatiky a fyziky Volgogradskej štátnej sociálno-pedagogickej univerzity.

1. Téma: "Pohyb telesa hodeného pod uhlom k horizontu." Problémová situácia: je známe, že bez zohľadnenia odporu životné prostredie teleso vrhnuté pod uhlom k horizontu sa pohybuje po trajektórii paraboly. Je zrejmé, že v prítomnosti odporu sa rozsah letu tela zmení. Zmení sa však postava? trajektórie pohyby tela?

Predmetom skúmania je trajektória hmotného telesa hodeného pod uhlom k horizontu. Účel štúdie: odhaliť charakter vplyvu odporu prostredia na trajektóriu pohybu hmotného telesa. Ako výskumnú hypotézu možno uviesť predpoklad, že trajektória pohybu závisí od odporu média.

Výskumné úlohy: odhalenie parametrov, ktoré určujú trajektóriu pohybu hmotného telesa; zostavenie matematického modelu; implementácia numerickej simulácie zostavením programu pre programovací systém Turbo Delphi; vizualizácia výsledkov simulácie (zostrojenie trajektórie pohybu v pravouhlom súradnicovom systéme); vykonanie numerického experimentu pre množstvo hodnôt koeficientov odporu vzduchu; analýza získaných výsledkov a formulácia záverov.

Ako výsledok štúdie sa zistilo, že rozsah a dráha telesa hodeného pod uhlom k horizontu závisí od jeho hmotnosti, počiatočnej rýchlosti, uhla hodu a odporu prostredia. Zmena hodnôt koeficientov odporu média ovplyvňuje typ trajektórie pohybu: bez zohľadnenia odporu média je trajektória opísaná parabolou a pri zohľadnení odporu média je je krivka, ktorá sa líši od paraboly. Tieto výsledky nám umožnili dospieť k záveru, že predložená hypotéza je legitímna, nielen letový dosah tela, ale aj trajektória jeho pohybu závisí od odporu média.

2. Téma: „Dynamika populačného vývoja“. Problém: v nejakom ekologickom systéme existujú populácie dvoch druhov jedincov, ktoré spotrebúvajú spoločný zdroj a súperia o jeho využitie. Je možné udržateľné spolužitie populácií, alebo jedna z populácií nutne vytlačí druhú?

Za objekt skúmania sa považuje dynamika populačného vývoja. Účel štúdie: na základe logistického modelu medzidruhovej konkurencie študovať vplyv medzidruhovej konkurencie na vývoj populácií. Hypotéza - koexistencia dvoch populácií je možná, ak je medzidruhová konkurencia populácií slabšia ako vnútrodruhová.

V priebehu štúdia sú riešené nasledovné úlohy: implementácia logistického modelu medzidruhovej konkurencie dvoch populácií s kontinuálnou reprodukciou pomocou univerzálneho modelovacieho systému MVS (Model Vision Studium); poskytovanie vizualizácie výsledkov simulácie (vo forme grafov požadovaných funkcií); uskutočnenie experimentu na určenie možných možností rozvoja dvoch konkurenčných populácií.

Výsledkom experimentov bolo zistenie, že ak je medzidruhová konkurencia slabšia ako vnútrodruhová, potom je možná koexistencia dvoch populácií; k úplnému vytesneniu jednej z nich dochádza, ak je vplyv jednej z populácií silnejší ako konkurencia v rámci druhej populácie. Získané výsledky nám umožnili dospieť k záveru, že navrhovaná hypotéza sa potvrdila.

Metodika realizácie výskumu pomocou metód počítačového modelovania teda umožňuje nový prístup k organizácii a realizácii pedagogického výskumu, popísať projektovo-výskumnú metódu výučby na úrovni pedagogickej technológie. Vytváranie počítačových modelov a vykonávanie výpočtových experimentov umožňuje študentom pôsobiť ako výskumník, získavať skúsenosti s analýzou problémov, stanovovaním výskumných cieľov, formulovaním hypotéz a úloh. Samotný výskum sa javí ako proces potvrdenia alebo vyvrátenia hypotézy pomocou fundovaných metód používaných vo „veľkej“ vede. Tento charakter výchovno-vzdelávacej činnosti študentov prispieva nielen k rozvoju nových vedomostí a zručností v oblasti informatiky a iných odborov, ale aj k získavaniu skúseností s plánovaním a realizáciou vlastného výskumu, zdôvodňujúceho výsledky získané počas štúdia. štúdium.

Recenzenti:

Germashev I.V., doktor technických vied, profesor Katedry informatiky a informatizácie vzdelávania, Volgogradská štátna sociálno-pedagogická univerzita, Volgograd;

Sergeev A.N., doktor pediatrických vied, profesor Katedry informatiky a informatizácie vzdelávania, Volgogradská štátna sociálna a pedagogická univerzita, Volgograd.

Bibliografický odkaz

Markovič O.S. POČÍTAČOVÁ SIMULÁCIA VO VZDELÁVACOM VÝSKUME: VÝVOJ NOVÝCH METÓD VZDELÁVANIA S VYUŽITÍM INFORMAČNÝCH TECHNOLÓGIÍ // Moderné problémy vedy a vzdelávania. - 2015. - č. 5.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=21724 (dátum prístupu: 01.02.2020). Dávame do pozornosti časopisy vydávané vydavateľstvom "Academy of Natural History"

Formovanie a zvyšovanie motivácie vzdelávacej činnosti je hlavnou podmienkou prípravy budúcich dizajnérov. Metódy trojrozmerného modelovania, ktoré môžu aktivovať motivovanú aktivitu, budú dôležitými komponentmi v procese prípravy študentov dizajnu. Znalosť metód 3D modelovania sa dnes stáva nevyhnutnou súčasťou kvalifikácie dizajnéra, keďže ani jedna problematika súvisiaca s navrhovaním dizajnových objektov sa nezaobíde bez znalosti metód 3D modelovania.

Trojrozmerné modelovanie je jednou z najdôležitejších oblastí ľudskej činnosti, pretože sa často používa v dizajne. Napríklad pri navrhovaní nového dizajnu výrobkov pre domácnosť, ako aj pri navrhovaní malých architektonických foriem a iných predmetov. Bez použitia metód trojrozmerného modelovania je riešenie jedinej konštruktívnej otázky súvisiacej s návrhom, zdokonalením alebo modernizáciou technologického objektu prakticky nevyhnutné.

V budúcich aktivitách budúceho dizajnéra je možné použiť metódy trojrozmerného modelovania: v základných princípoch tvorby štýlu a formy interiérových výrobkov, nábytku a dekoračných predmetov; v architektonických prvkoch a stavebných konštrukciách; v malých plastových predmetoch; pri stavbe okrasných kompozícií; v umeleckých remeslách pri vykonávaní vizualizácie rezbárstva, maľby, intarzie, mozaiky, kovania a pod.

Účelom výučby 3D modelovania je štúdium trojrozmerných objektov, ktoré umožnia rozvíjať priestorové a abstraktné myslenie. Štúdium spôsobov a metód zobrazovania týchto modelov prispeje k rozvoju dizajnérskych zručností a kultúry grafického obrazu. Úlohy pri budovaní modelov ovplyvnia prejav iniciatívy a vynaliezavosti. Úlohy pre obrázky pôvodného objektu budú mať pozitívny vplyv na formovanie tvorivých schopností.

Profesijné prostredie dizajnéra zároveň kladie nové požiadavky na jeho prácu a štát určuje imidž absolventa, ktorý formuluje svoje aplikácie pre jeho vzdelávanie vo forme kompetencií. Takáto dynamika si vyžaduje hľadanie nových vzdelávacích zdrojov založených na počítačových technológiách.

Prax informatizácie vzdelávacieho procesu jasne ukázala, že pomocou výpočtovej techniky je možné výrazne zvýšiť efektivitu školenia vo všetkých disciplínach, ktoré sú zabezpečené osnovami školiaceho smeru „Design“. Využitie počítača umožňuje získať kompaktnosť akýchkoľvek výtvarných a grafických informácií vo vizuálnej a ľahko vnímateľnej forme, hodnotiť rôzne aspekty zobrazovaných predmetov, javov, vrátane ich detailnej a kvalitatívnej analýzy.

Zavedením výpočtovej techniky sa zlepší proces výučby trojrozmerného modelovania. Efektívnosť odbornej prípravy študentov závisí od toho, ako premyslene a kompetentne z pedagogického hľadiska bude táto príprava organizovaná. Využitie výpočtovej techniky pri výučbe 3D modelovania nám umožňuje považovať počítač za učebný nástroj.

Počítačové trojrozmerné modelovanie je predovšetkým vizualizácia projektov. Toto je práca s materiálmi, kamerami a osvetlením potrebná na získanie realistického 3D projektu. Štúdiom počítačového trojrozmerného modelovania získajú študenti dizajnu všeobecné vzdelávacie znalosti, zručnosti a aplikované znalosti, konkrétne schopnosť používať trojrozmerné modelovanie na sprostredkovanie návrhových nápadov.

V trojrozmernom modelovaní sa počítačové technológie pohodlne používajú na demonštráciu rôznych konštrukcií a modelovacích operácií v priestore. V tomto prípade bude učiteľ schopný zobraziť na obrazovke tie modely, predmety a grafické obrázky, ktoré potrebuje na vedenie vyučovania.

Praktické využitie počítačového 3D modelovania vo výchovno-vzdelávacom procese dizajnérov si vyžaduje vytvorenie aktualizovaného modelu vzdelávacieho prostredia, ktoré pozitívne vplýva na rozvoj ich umeleckej a tvorivej činnosti, ktorá je hlavnou zložkou odborných kompetencií budúceho dizajnéra. .

Všetok ilustračný materiál kurzu trojrozmerného modelu-li-ro-va-niya môže byť prezentovaný v procese učenia na obrazovke. Okrem toho musí byť táto ilustrácia vytvorená dynamicky s využitím všetkých vizuálnych možností počítača. Na rozdiel od iných tradičných technických prostriedkov výpočtová technika umožní učiteľovi riadiť demonštračný proces. Napríklad pri konštrukcii trojrozmerného objektu budú všetky akcie postupne opísané na obrazovke počítača a takýto „živý obraz“ bude priaznivo porovnateľný so stacionárnou ilustráciou, pretože učiteľ bude môcť tento demonštračný proces ovládať. Je teda možné ukázať, že podobný proces postupných konštrukcií je možné uskutočniť pre akýkoľvek objekt, pričom všetky vzdelávacie materiály sprevádzajú názorné praktické príklady.

Trojrozmerné počítačové modelovanie je zďaleka jednou z najzložitejších oblastí počítačovej techniky a môže byť široko používané pri vývoji dizajnérskych projektov. Vyžaduje si to osobitnú úroveň rozvoja umeleckej a tvorivej činnosti a priestorového myslenia, keďže všetky predmety a postavy sú modelované a umiestnené vo virtuálnom priestore. Proces navrhovania je sprevádzaný aktívnym prechodom z jedného projekčného okna do druhého, z jedného pozorovacieho bodu do druhého. Na opísanie trojrozmerného priestoru scény a objektov v ňom sa používa súradnicová metóda. Využitie tejto technológie ako prostriedku výučby budúcich dizajnérov umožňuje nielen zvýšiť stupeň viditeľnosti, ale aj nastaviť individuálne tempo pre študentov, aby zvládli vzdelávací materiál. Vďaka práci s trojrozmernou grafikou má učiteľ možnosť v krátkom čase a s minimálnou námahou zobraziť blok informácií vo forme trojrozmerných názorných pomôcok na konkrétnu tému, čo vedie k lepšej asimilácii preštudovaného materiálu a ušetrí značnú časť študijného času, ktorý by bolo možné venovať realizácii praktickej časti chvíľ preberaného materiálu.

Možnosti nových technických prostriedkov zvyšujú kreativitu a tvorivé nároky, prispievajú k rozvoju umeleckej a tvorivej činnosti, rozširujú zmysel pre možné. Jedine tvorivé vnímanie a ľudské potreby vytvárajú a udržujú technologické možnosti. To znamená, že systém praktických úloh v 3D počítačovom modelovaní by mal študentov stimulovať nielen k zvládnutiu bohatého súboru nástrojov, ale aj k vytváraniu umeleckých úloh, ktoré si vyžadujú kreatívne skúmanie tohto súboru nástrojov.

1. Modelovanie objektov.

2. Modelovanie prostredia.

3. Architektonické modelovanie.

4. Modelovanie postavy.

Systém úloh v experimentálnej skupine bol rozdelený do troch typov v závislosti od úrovne zložitosti: základná, pokročilá, vysoká.

Prvý typ úloh je základný. Plnenie tohto typu úloh je zamerané na štúdium základných nástrojov a operácií počítačových programov. Úlohy prvého typu sú k dispozícii pre všetky štyri bloky, líšia sa však úrovňou zložitosti a spôsobmi vykonávania. Vedú študentov k riešeniu zložitejších problémov, pretože všetky činnosti, ktoré študent vykonáva pri vykonávaní tohto typu úloh, prispievajú k rozvoju takých schopností, ako je obrazová pamäť, predstavivosť atď.

Úlohy so zvýšenou úrovňou zložitosti súvisiace s druhým typom poskytujú nezávislý výber nástrojov a algoritmu na vykonávanie modelovania trojrozmerného objektu alebo scény. Pri plnení úloh tohto typu si žiak rozvíja schopnosť samostatne aplikovať získané poznatky v praxi, zároveň tieto úlohy stimulujú rozvoj intuície a flexibility myslenia, zvyšujú samostatnosť.

Tretí typ úloh - úlohy s vysokou úrovňou zložitosti. V procese ich implementácie bolo potrebné zvážiť niekoľko možností dokončenia úlohy a poskytnúť pomerne široký vizuálny rozsah. Úlohy tretieho typu predpokladali rozvoj takých schopností ako originalita, flexibilita myslenia, priestorová predstavivosť a pod. Podmienkou úloh bola variabilita a samostatnosť hľadania metód modelovania.

Zavádzanie počítačových technológií do vyučovacieho procesu je dnes jednou z najdôležitejších rezerv pre zefektívnenie vzdelávacieho procesu a sebavzdelávania žiakov. V porovnaní s tradičnými vzdelávacími a metodickými komplexmi majú počítačové školiace komplexy množstvo výhod, ako napr.: multimediálna a hypertextová organizácia školení; redundancia a variabilita obsahu teoretického materiálu; používanie multimediálnych objektov, ktoré umožňujú využívať rôzne typy vnímania informácií; vysoký stupeň interaktivita. V procese učenia, kde počítačové technológie pôsobia ako prostriedok, je možné zvýšiť profesionálnu a kognitívnu motiváciu žiakov využitím multimediálnych technológií, akými sú: fragmenty animácií, zvuk a hudba, rôzne počítačové grafiky, hypertext; ako aj mnohorozmerné praktické úlohy rôznej úrovne zložitosti.

Diplomová práca na tému:

"Využitie vzdelávacích a tvorivých úloh pri výučbe počítačového modelovania na rozvoj tvorivých schopností žiakov"

Úvod

Kapitola I. Teoretické základy rozvoja tvorivých schopností školákov v procese výučby počítačového modelovania

Kapitola II. Experimentálna práca o štúdiu úlohy vzdelávacích a tvorivých úloh vo vyučovaní počítačového modelovania pri rozvoji tvorivých schopností žiakov

Záver

Bibliografia

Dodatok

Úvod

Súčasná doba je charakteristická masívnym zavádzaním informačných technológií do všetkých sfér ľudského života a činnosti, zmenou úlohy a miesta osobných počítačov v modernej spoločnosti. Človek, ktorý šikovne a efektívne vlastní technológie a informácie, má iný, nový štýl myslenia, inak pristupuje k posudzovaniu vzniknutého problému, k organizácii svojej činnosti. Rastúca úloha výpočtovej techniky prináša používateľovi nové možnosti, ktoré môžu ovplyvniť jeho vzdelanie, svetonázor a kreativitu.

Naša doba je časom zmien, vstúpili sme do vedomostnej spoločnosti. Ciele a hodnoty vzdelávania sa zmenili. Ak predtým boli cieľom predmetové znalosti, teraz je hlavnou hodnotou vzdelávania rozvoj jednotlivca. V súčasnej fáze vývoja spoločnosť potrebuje ľudí s dobrým tvorivým potenciálom, schopných robiť neštandardné rozhodnutia, schopných kreatívne myslieť.

Žiaľ, moderná masová škola si stále zachováva nekreatívny prístup k asimilácii vedomostí. Monotónne, vzorované opakovanie rovnakých činností zabíja záujem o učenie. Deti sú ochudobnené o radosť z objavovania a môžu postupne stratiť schopnosť tvorivosti. Jedným z hlavných problémov moderného vzdelávania je nízka tvorivá iniciatíva žiakov. Prevažná väčšina školákov vykazuje úplnú neschopnosť riešiť problémy, ktoré nemajú štandardné algoritmy riešenia. Úloha moderná škola vývoj a aplikácia špeciálnych techník zameraných na rozvoj tvorivých schopností.

Diela D.B. Bogoyavlenskaya, L.S. Vygotsky, V.N. Družinina, N.S. Leites, A.N. Luka, I.Ya. Ponomareva, S.L. Rubinstein, B.M. Teplová, V.D. Šadriková a ďalší.

Úspech intelektuálny rozvojžiak sa dosahuje najmä v triede, kde miera záujmu žiakov o učenie, úroveň vedomostí, pripravenosť na neustále sebavzdelávanie, t.j., závisí od schopnosti učiteľa organizovať systematickú poznávaciu činnosť. ich intelektuálny rozvoj.

Názor, že informatika zaujíma osobitné miesto, pokiaľ ide o stupeň vplyvu na proces formovania tvorivej osobnosti, uznáva mnoho vedcov - A.I. Bochkin, V.A. Dalinger, G.G. Vorobyov, V.G. Kinelev, K.K. Colin a spol.. Existuje na to niekoľko dôvodov. Po prvé, informatika je základná a komplexná veda, ktorá pokrýva všetky oblasti ľudskej činnosti. Po druhé, informatika je v užšom slova zmysle veda o využívaní počítačov a telekomunikačných systémov v ľudskej činnosti, ktorá zase môže zohrávať úlohu efektívneho prostriedku na rozvoj tvorivých schopností študentov.

Naša výskumná práca je zameraná na skúmanie vplyvu vzdelávacích a tvorivých úloh vo vyučovaní počítačového modelovania na hodinách informatiky na rozvoj tvorivých schopností školákov.

Štúdiu rôznych aspektov informačného modelovania, metód formalizácie poznatkov založených na informačnom modelovaní, sa venuje práca V.K. Beloshapki, S.A. Bešenková, I.V. Galygina, A.G. Geina, A.V. Goryacheva, T.B. Zakharova, I.I. Zubko, A.A. Kuznecovová, B. C. Ledneva, A.S. Lesnevsky, V.P. Linková, N.V. Makarova, N.V. Matveeva, E.A. Rakitina, Yu.F. Titová, E.K. Henner, A.P. Shestakova, M.I. Šutikovej a ďalších autorov.

Vytvorenie predstavy o predmete v mysli študenta je spojené s organizáciou jeho informačnej činnosti o analýze predmetnej oblasti a vytvorením alebo použitím systému pojmov na opis predmetnej oblasti. Dá sa teda povedať, že učenie sa „buduje v hlave“ študentom informačné modely študovaného predmetu. Preto má modelovanie v pedagogike mimoriadny význam ako metóda chápania sveta okolo nás, informačných procesov prebiehajúcich v prírode a spoločnosti a štúdia informačno-logického modelovania v školskom kurze informatiky ako nástroja poznania, prostriedku vyučovania a predmetu štúdia sa stáva čoraz dôležitejším. To si vyžaduje štúdium problému informácií a informačno-logického modelovania v procese učenia.

Jedným zo spôsobov, ako rozvíjať tvorivé schopnosti žiakov, je nápad využívať vzdelávacie a tvorivé úlohy a riešiť ich pomocou počítača. Pri riešení takýchto problémov nastáva akt kreativity, nájde sa nová cesta alebo sa vytvorí niečo nové. Tu sú potrebné špeciálne vlastnosti mysle, ako je pozorovanie, schopnosť porovnávať a analyzovať, nachádzať súvislosti a závislosti, to všetko spolu tvorí tvorivé schopnosti.

Riešenie výchovno-vzdelávacích a tvorivých problémov s odborne orientovaným obsahom je nielen prostriedkom realizácie interdisciplinárnych súvislostí, ale aj metodickým prístupom, ktorý umožňuje demonštrovať význam informačných technológií, ako napr. modernom svete, a v budúcnosti špecifické odborná činnosť. A keďže sa takéto problémy riešia pomocou počítača, rastie záujem o štúdium informačných technológií nielen ako nástroja, ktorý vám umožní vykonávať potrebné výpočty, ale aj ako prostriedku na modelovanie reálnej výroby a iných procesy.

Predmet štúdia: rozvoj tvorivých schopností žiakov.

Predmet štúdia: rozvoj tvorivých schopností žiakov v procese výučby počítačového modelovania.

Účel štúdie: skúmať možnosti rozvoja tvorivých schopností žiakov vo vyučovaní počítačového modelovania pomocou edukačných a tvorivých úloh v školskom kurze informatiky.

Na dosiahnutie cieľa štúdie sa navrhuje riešiť nasledovné úlohy :

Odhaliť podstatu tvorivých schopností školákov;

Určiť miesto a význam, ciele a zámery výučby počítačového modelovania;

Preštudovať si zoznam základných poznatkov a pojmov počítačového modelovania, odhaliť ich podstatu;

Odhaliť úlohu využívania vzdelávacích a tvorivých úloh vo výučbe modelovania pri rozvoji tvorivých schopností;

Experimentálne overiť efektívnosť aplikácie tvorivých úloh počítačového modelovania na rozvoj tvorivých schopností žiakov;

Analyzovať a vyvodiť závery z teoretického výskumu a experimentálneho overovania efektívnosti rozvoja tvorivých schopností žiakov pri využívaní tvorivých úloh počítačového modelovania.

Ako výskumné hypotézy bolo naznačené, že jedným z najdôležitejších faktorov rozvoja tvorivých schopností žiakov je využívanie vzdelávacích a tvorivých úloh.

Na vyriešenie úloh a testovanie hypotéz, komplex komplementárnych výskumné metódy :

počítačová simulácia tvorivá schopnosť

Teoretické: analýza psychologickej a pedagogickej, vedeckej a metodologickej, náučnej literatúry, materiálov periodík a regulačných dokumentov;

Diagnostické (testovanie študentov);

Experimentujte.

Štruktúra našej výskumnej práce:

Práca pozostáva z úvodu, 2 kapitol, záveru, zoznamu použitej literatúry a prílohy.

V úvode je podložená relevantnosť témy tejto práce.

Prvá kapitola rozoberá teoretické základy rozvoja tvorivých schopností školákov v procese výučby počítačového modelovania.

Druhá kapitola popisuje experimentálne práce na štúdiu úlohy edukačných a tvorivých úloh vo vyučovaní počítačového modelovania pri rozvoji tvorivých schopností žiakov, sú uvedené metodologické vývojové trendy.

Na záver je uvedený teoretický a praktický význam získaných výsledkov.

Kapitola I. Teoretické základy rozvoja tvorivých schopností školákov v procese výučby počítačového modelovania

1.1 Kreativita a kreativita

Problém kreativity sa dnes stal tak naliehavým, že sa právom považuje za „problém storočia“. Kreativita nie je novým predmetom štúdia. Vždy zaujímala mysliteľov všetkých epoch a vzbudzovala túžbu vytvoriť „teóriu kreativity“.

Tvorba sa interpretuje ako spoločensko-historický jav, ktorý vzniká a rozvíja sa v procese interakcie medzi subjektom a objektom na základe spoločenskej praxe. Z hľadiska filozofie je tvorivosť činnosťou ľudí, ktorá pretvára prírodný a spoločenský svet v súlade s cieľmi a potrebami človeka na základe objektívnych zákonitostí činnosti.

Kreativita sa chápe ako činnosť zameraná na vytvorenie niečoho v podstate nového; ako proces zahrnutý do formulovania a riešenia problémov, neštandardných úloh; ako forma poznania reality a pod. .

Druhy tvorivosti sú svojou povahou veľmi odlišné - ide o umeleckú, vedeckú, technickú, pedagogickú tvorivosť. Po L.S. Vygotského, ktorý definoval „tvorivosť sociálnych vzťahov“, t.j. „tvorivé schopnosti pre rýchlu a zručnú sociálnu orientáciu“, možno vyčleniť komunikatívnu a adaptívnu tvorivosť.

Kreativita je myslenie vo svojej najvyššej forme, ktorá presahuje známe, ako aj činnosť, ktorá generuje niečo kvalitatívne nové. Ten zahŕňa formuláciu alebo výber úlohy, hľadanie podmienok a spôsobu jej riešenia a v dôsledku toho vytvorenie novej.

Kreativita sa môže odohrávať v akejkoľvek oblasti ľudskej činnosti: vedeckej, výrobno-technickej, umeleckej, politickej a iných.

Kreativita je fenomén, ktorý sa týka predovšetkým konkrétnych predmetov a je spojený s charakteristikami ľudskej psychiky, zákonmi vyšších nervová činnosť, duševná práca .

Psychologicky, kreativita je súbor tých zložiek činnosti subjektu, ktoré sú pre tento subjekt nositeľmi kvalitatívne nových myšlienok.

Aplikované na proces učenia kreativitu treba definovať ako formu ľudskej činnosti zameranú na vytváranie hodnôt, ktoré sú pre neho kvalitatívne nové a majú spoločenský význam, t. dôležité pre formovanie osobnosti ako sociálneho subjektu.

Pod tvorivá činnosť rozumieme takú ľudskú činnosť, v dôsledku ktorej vzniká niečo nové - či už je to predmet vonkajšieho sveta alebo konštrukcia myslenia, vedúca k novým poznatkom o svete, alebo pocit, ktorý odráža nový postoj k realite.

Ide o formu činnosti človeka alebo tímu - vytvorenie kvalitatívne nového, ktorý nikdy predtým neexistoval. Podnet na tvorivú činnosť je problematická situácia, ktorú nemožno riešiť tradičnými spôsobmi. Pôvodný produkt činnosti sa získa ako výsledok formulovania neštandardnej hypotézy, videnia netradičných vzťahov medzi prvkami problémovej situácie a pod.

Predpokladom tvorivej činnosti je flexibilita myslenia, kritickosť, schopnosť zbližovania pojmov, integrita vnímania a iné.

Tvorivá činnosť je nástrojom rozvoja tvorivých schopností, pretože pri plnení tvorivých úloh a pri tvorivej činnosti vo všeobecnosti využíva subjekt svoje schopnosti riešiť problém, a preto ich v priebehu riešenia rozvíja.

Sklony k tvorivosti sú vlastné každému človeku. Musíte byť schopní ich objavovať a rozvíjať.

Prejavy tvorivých schopností sa líšia od veľkých a bystrých talentov po skromné ​​a nenápadné, ale podstata tvorivého procesu je pre všetkých rovnaká. Rozdiel je v konkrétnom materiáli tvorivosti, rozsahu úspechov a ich spoločenskom význame.

Pri skúmaní podstaty tvorivosti vedci navrhli nazvať schopnosť zodpovedajúcu tvorivej činnosti tvorivosťou.

Kreativita ( z lat. tvorba - tvorba) - všeobecná schopnosť tvorivosti, charakterizuje osobnosť ako celok, prejavuje sa v rôznych oblastiach činnosti, považuje sa za relatívne samostatný faktor nadania.

Kreativita je integračná schopnosť, ktorá zahŕňa systémy vzájomne súvisiacich schopností – prvkov. Napríklad tvorivé schopnosti sú predstavivosť, asociativita, fantázia, snívanie.

Podnetom na vyzdvihnutie kreativity boli údaje o chýbajúcom vzťahu medzi tradičnými inteligenčnými testami a úspešnosťou riešenia problémových situácií.

Zistilo sa, že tvorivosť (kreativita) závisí od schopnosti využívať informácie dané v úlohách rôznymi spôsobmi rýchlym tempom. Táto schopnosť sa nazývala kreativita a začala sa skúmať nezávisle od inteligencie – ako schopnosť, ktorá odráža schopnosť jednotlivca vytvárať nové koncepty a formovať nové zručnosti. Kreativita je spojená s tvorivými úspechmi jednotlivca.

Z hľadiska činnosti sa kreativita môže prejavovať rôznymi spôsobmi: tak na úrovni integrálnej osobnosti (vedecká, umelecká, pedagogická tvorivosť), ako aj jednotlivých zložiek kognitívnej činnosti - pri riešení tvorivých problémov, účasťou na projektoch. , atď. Vždy je však možné odhaliť prejav schopnosti nadväzovať na prvý pohľad neočakávané súvislosti a vzťahy, keď tvorivý človek samostatne buduje systém vzťahov so subjektom a sociálnym prostredím. A to je to, čo by sa malo považovať za najdôležitejšie v tvorivom procese, bez toho, aby sa popieral význam konečný výsledok. V pedagogickom pláne je teda v tvorivosti hlavnou vecou to, že študent si v priebehu kognitívnej tvorivej činnosti uvedomuje svoju dôležitosť ako „transformátora sveta“, objaviteľa nového, uvedomujúceho si seba ako človeka. A tam, kde sa to učiteľovi podarilo dosiahnuť, môžeme hovoriť o formovaní reflektívneho postoja ku kreativite, z čoho vyplýva aj prítomnosť vlastného pohľadu, určitá odvaha a samostatnosť v rozhodovaní.

Kreativita je spojením mnohých vlastností. A otázka zložiek ľudskej tvorivosti je stále otvorená, hoci v súčasnosti existuje niekoľko hypotéz týkajúcich sa tohto problému.

Známy domáci bádateľ problému kreativity A.N. Luk, opierajúc sa o biografie významných vedcov, vynálezcov, umelcov a hudobníkov, zdôrazňuje nasledovné Tvorivé schopnosti :

1. Schopnosť vidieť problém tam, kde ho ostatní nevidia.

2. Schopnosť zrútiť mentálne operácie, nahradiť niekoľko pojmov jedným a používať symboly, ktoré sú z hľadiska informácií čoraz priestrannejšie.

3. Schopnosť aplikovať zručnosti získané pri riešení jedného problému na riešenie iného.

4. Schopnosť vnímať realitu ako celok, bez rozdeľovania na časti.

5. Schopnosť ľahko spájať vzdialené pojmy.

6. Schopnosť pamäte poskytnúť správne informácie v správnom čase.

7. Pružnosť myslenia.

8. Schopnosť vybrať si jednu z alternatív riešenia problému pred jeho testovaním.

9. Schopnosť začleniť novo vnímané informácie do existujúcich znalostných systémov.

10. Schopnosť vidieť veci také, aké sú, rozlíšiť pozorované od toho, čo prináša interpretácia.

11. Jednoduchosť generovania nápadov.

12. Tvorivá predstavivosť.

13. Schopnosť dolaďovať detaily, vylepšiť pôvodný nápad.

Kandidáti psychologických vied V.T. Kudryavtsev a V.S. Sinelnikov na základe širokého historického a kultúrneho materiálu (dejiny filozofie, spoločenské vedy, umenie, určité oblasti praxe) identifikoval nasledovné: univerzálne tvorivé schopnosti sformované v priebehu ľudských dejín:

1. Realizmus imaginácie - obrazné uchopenie nejakého podstatného, ​​všeobecného trendu alebo vzoru vývoja integrálneho objektu predtým, ako o ňom má človek jasnú predstavu a môže ho zaradiť do systému striktných logických kategórií.

2. Schopnosť vidieť celok pred časťami.

3. Nadsituačno-transformatívna povaha tvorivých riešení spočíva v schopnosti pri riešení problému nielen vyberať z zvonka vnucovaných alternatív, ale aj samostatne alternatívu vytvárať.

4. Experimentovanie - schopnosť vedome a cieľavedome vytvárať podmienky, v ktorých predmety najjasnejšie odhaľujú svoju podstatu ukrytú v bežných situáciách, ako aj schopnosť vysledovať a analyzovať znaky "správania" predmetov v týchto podmienkach.

Vedci a učitelia, ktorí sa podieľajú na vývoji programov a metód tvorivého vzdelávania založených na TRIZ (teória invenčného riešenia problémov) a ARIZ (algoritmus riešenia invenčných problémov), sa domnievajú, že jedným z zložky tvorivosti Osoba má nasledujúce schopnosti:

1. Schopnosť riskovať.

2. Divergentné myslenie.

3. Flexibilita v myslení a konaní.

4. Rýchlosť myslenia.

5. Schopnosť hovoriť originálne nápady a vymýšľať nové.

6. Bohatá predstavivosť.

7. Vnímanie nejednoznačnosti vecí a javov.

8. Vysoké estetické hodnoty.

9. Rozvinutá intuícia.

Mnohí psychológovia spájajú schopnosť tvorivej činnosti predovšetkým so zvláštnosťami myslenia. Najmä slávny americký psychológ J. Gilford, ktorý sa zaoberal problémami ľudskej inteligencie, zistil, že kreatívni jedinci sa vyznačujú tzv. divergentné myslenie. Ľudia s týmto typom myslenia pri riešení problému nesústredia všetko svoje úsilie na hľadanie jediného správneho riešenia, ale začnú hľadať riešenia všetkými možnými smermi, aby zvážili čo najviac možností. Takíto ľudia majú tendenciu vytvárať nové kombinácie prvkov, ktoré väčšina ľudí pozná a používa len určitým spôsobom, alebo vytvárajú väzby medzi dvoma prvkami, ktoré na prvý pohľad nemajú nič spoločné. Divergentné myslenie je jadrom kreatívneho myslenia.

Charakteristické je divergentné myslenie :

· rýchlosť- schopnosť vyjadrovať sa maximálne množstvo nápadov, spôsobov riešenia konkrétneho problému a tu je dôležitá ich kvantita, nie kvalita;

· flexibilita- schopnosť tlačiť rôzne nápady, napríklad súvisiace s používaním predmetov, metód atď. (v najbežnejšom teste na testovanie flexibility myslenia sa navrhuje prísť s rôznymi spôsobmi použitia akejkoľvek každodennej veci);

· originalita- schopnosť vytvárať nové neštandardné nápady, vzdialené asociácie, nájsť neobvyklé odpovede, ktoré sa líšia od všeobecne akceptovaných;

· presnosť- schopnosť zlepšiť produkt kreativity, pridávanie detailov, snaha o dokonalosť.

Úspech tvorivých úspechov však zabezpečuje špeciálna kombinácia dvoch typov myslenia – divergentného a konvergentného. Len s vysokou úrovňou schopnosti „konať v mysli“, bohatej predstavivosti založenej na osobná skúsenosť a vedomosti, vysoká emocionalita, vysoká úroveň kreativity je možná.

Kreatívne myslenie - plastické a originálne myslenie, pri ktorom subjekt predpokladá mnohé riešenia. V prípadoch, keď bežný človek nájde len jeden alebo dva, nie je pre kreatívne myslenie ťažké prejsť z jedného aspektu problému na druhý, neobmedzovať sa len na jeden uhol pohľadu, generuje nečakané, nebanálne, nezvyčajné riešenia. Mechanizmus tvorivého myslenia je vlastný intuícii aj logike.

V procese štúdia schopností sa ukázala dôležitá úloha predstavivosti pri odhaľovaní a rozširovaní tvorivých možností.

Predstavivosť je proces transformácie reprezentácií, ktoré odrážajú realitu, a vytváranie nových reprezentácií na tomto základe.

Kritický význam predstavivosť v tom, že vám umožňuje prezentovať výsledok práce skôr, ako sa začne, a tým orientovať človeka v procese činnosti.

Predstavivosť a kreativita spolu úzko súvisia. Prepojenie medzi nimi však v žiadnom prípade nie je také, že by bolo možné vychádzať z predstavivosti ako zo sebestačnej funkcie a odvodzovať z nej tvorivosť ako produkt jej fungovania. Vedenie je inverzný vzťah; predstavivosť sa formuje v procese tvorivej činnosti. Špecializácia rôzne druhy predstavivosť nie je ani tak predpokladom, ako skôr výsledkom rozvoja rôznych druhov tvorivej činnosti. Preto existuje toľko špecifických typov predstavivosti, koľko je špecifických, jedinečných druhov ľudskej činnosti – konštruktívnej, technickej, vedeckej, umeleckej, obrazovej, hudobnej atď. Všetky tieto typy predstavivosti, ktoré sa formujú a prejavujú v rôznych typoch tvorivej činnosti, predstavujú rozmanitosť špičková úroveň - tvorivá predstavivosť .

Tvorivá predstavivosť, ktorá vznikla pri práci, predpokladá samostatnú tvorbu obrazov realizovaných v originálnych a hodnotných produktoch činnosti 926, s.65].

Pri akejkoľvek činnosti nie je tvorivá predstavivosť determinovaná ani tak tým, čo si človek dokáže vymyslieť bez ohľadu na skutočné požiadavky reality, ale tým, ako vie realitu, zaťaženú náhodnými, nepodstatnými detailmi, pretvárať.

Po analýze vyššie uvedených prístupov k odhaleniu pojmov „kreativita“, „tvorivé schopnosti“ a definície zložiek tvorivých schopností môžeme konštatovať, že napriek rozdielom v ich definícii výskumníci jednohlasne vyčleňujú kreatívne myslenie a tvorivá predstavivosť ako základné zložky tvorivých schopností.

1.2 Výučba počítačového modelovania v školskom kurze informatiky

V našom výskumná práca predpokladáme, že z hľadiska rozvoja tvorivých schopností žiakov je najefektívnejší materiál spojený s informačným modelovaním. Pred testovaním tejto hypotézy sa zamyslime nad miestom a významom počítačového modelovania, cieľmi a cieľmi vyučovania počítačového modelovania a pojmami formovanými vo vyučovaní modelovania.

1.2.1 Miesto a význam počítačového modelovania v školskom kurze informatiky

V povinnom minimálnom obsahu vzdelávania v informatike je línia „Modelovanie a formalizácia“, ktorá je popri línii informácie a informačné procesy teoretickým základom základného kurzu informatiky.

Nemalo by sa brať do úvahy, že téma modelovania je čisto teoretická a nezávislá od všetkých ostatných tém. Väčšina častí základného kurzu priamo súvisí s modelovaním, vrátane tém súvisiacich s technologickou líniou kurzu. Za nástroje na prácu s informačnými modelmi treba považovať textové a grafické editory, DBMS, tabuľkové procesory, počítačové prezentácie. Algoritmizácia a programovanie tiež priamo súvisia s modelovaním. V dôsledku toho je línia modelovania prierezová pre mnohé časti základného kurzu.

Podľa Beshenkov S.A. a ďalšie témy „Informačné a informačné procesy“ a „Formalizácia a modelovanie“ sú kľúčovými témami v kurze informatiky. Tieto témy spájajú také tradičné témy kurzov ako „Algoritmy a vykonávatelia“, „Informačné technológie“ atď. do jedného celku.

Tvorcovia autorských kurzov „Informatika v hrách a úlohách“ a „Informatika-plus“ sa domnievajú, že hlavnou úlohou školského kurzu informatiky je formovanie a rozvoj schopnosti analyzovať a budovať informačno-logické modely.

Bojaršinov M.G. považuje za vhodné v rámci predmetu informatika zaviesť kurz počítačového modelovania, ktorého účelom bude oboznámiť študentov s metódami riešenia problémov fyziky, chémie, matematiky, ekonómie, ekológie, medicíny, sociológie, humanitných disciplín, konštrukčné a technologické problémy s využitím modern počítačová veda.

Kuznecov A.A., Beshenkov S.A., Rakitina E.A. uvažovať, že hlavné zložky kurzu informatiky, ktoré mu dávajú systematický charakter, sú „Informačné procesy“, „Informačné modely“, „Informačné základy manažmentu“. Riešenie problému vždy začína modelovaním: konštrukciou alebo výberom viacerých modelov: model obsahu problému (formalizácia podmienok), objektový model zvolený ako pracovný na riešenie tohto špecifického problému, model (metóda) riešenia a model postupu riešenia problému.

Štúdium informačných procesov, ako aj akéhokoľvek fenoménu vonkajšieho sveta vo všeobecnosti, je teda založené na metodológii modelovania. Špecifikom informatiky je, že využíva nielen matematické modely, ale aj modely rôznych foriem a typov (text, tabuľka, obrázok, algoritmus, program) - informačné modely. Pojem informačný model dáva kurzu informatiky široké spektrum interdisciplinárnych súvislostí., ktorej formovanie je jednou z hlavných úloh tohto predmetu na základnej škole. Samotná činnosť budovania informačného modelu – informačné modelovanie je zovšeobecnený typ činnosti, ktorý charakterizuje práve informatiku.

Jednou z účinných metód pochopenia okolitej reality je metóda modelovania, ktorá je výkonným analytickým nástrojom, ktorý pohltil celý arzenál najnovších informačných technológií.

Zovšeobecňujúci charakter pojmu „informačné modelovanie“ je spôsobený tým, že pri práci s informáciami sa vždy buď zaoberáme hotovými informačnými modelmi (vystupujeme ako ich pozorovateľ), alebo vyvíjame informačné modely.

Informačné modelovanie nie je len predmetom štúdia informatiky, ale aj najdôležitejším spôsobom kognitívnych, vzdelávacích a praktických aktivít. Možno ju považovať aj za metódu vedeckého výskumu a za samostatnú činnosť.

Zubko I.I. informačné modelovanie definuje ako „novú všeobecnú vedeckú metódu poznávania objektov okolitej reality (reálnej a ideálnej), zameranú na využitie počítača“. Modelovanie sa na jednej strane považuje za spôsob poznávania a na druhej strane za obsah, ktorý sa musia študenti naučiť. Autor sa domnieva, že najefektívnejšia výučba informačného modelovania pre študentov je možná, ak sa projektová metóda implementuje v praxi, integruje výskum, samostatnú a tvorivú prácu rôznymi spôsobmi.

Galygina I.V. domnieva sa, že odborná príprava v oblasti informačného modelovania by sa mala vykonávať na základe týchto prístupov:

model, v súlade s ktorým sa modelovanie považuje za nástroj poznania, predmet štúdia a prostriedok učenia;

objekt, čo znamená výber a analýzu rôznych typov objektov: objekt štúdia, informačný model ako nový objekt, objekty modelovacieho jazyka použitého na zostavenie modelu.

Informačné modelovanie v pedagogike možno posudzovať v troch aspektoch:

nástroj na poznanie, keďže v procese budovania a skúmania modelu dochádza k získaniu nových poznatkov o reálnom objekte, o zodpovedajúcom informačnom modeli, objektoch modelovacieho jazyka použitého na popis tohto modelu;

vzdelávací nástroj, keďže proces učenia je vo väčšine prípadov spojený s prevádzkovými informačnými modelmi skúmaného objektu, ako je slovný popis, grafický obrázok,

formulačné znázornenie zákonitostí a pod.;

predmet štúdia, keďže informačný model možno považovať za nezávislý informačný objekt so svojimi inherentnými vlastnosťami, vlastnosťami, charakteristikami.

Hlavným rozdielom medzi týmito aspektmi z pohľadu študenta je, že v prvom prípade si študent v procese kognitívnej činnosti sám zostavuje model skúmaného objektu na základe vlastných skúseností, vedomostí a asociácií. V druhom prípade je študentovi poskytnutý model skúmaného objektu vypracovaný učiteľom, autorom učebnice alebo tvorcom vedeckej teórie. V druhom prípade je skúmaným objektom súbor modelov.

Zaradenie do obsahovej línie „Modelovanie a formalizácia“ základného kurzu informatiky modulu „Informačné modelovanie“ vytvorí pevný základ pre:

vedomé využívanie informačných modelov vo vzdelávacích aktivitách;

oboznámenie študentov s metodológiou vedeckého výskumu;

následné hĺbkové štúdium informačné modelovanie v profilových kurzoch informatiky .

Titova Yu.F. domnieva sa, že najdôležitejšou vzdelávacou funkciou je rozvoj tvorivého potenciálu žiakov. Zážitok z tvorivej činnosti sa formuje riešením problémových problémov rôznych smerov a najmä výskumnou činnosťou. Jedným z najdôležitejších nástrojov výskumu je modelovanie. Autor vypracoval metodiku výučby modelovania v základnom kurze informatiky, ktorá spája teoretický materiál založený na formalizovanom prístupe k vývoju a výskumu modelov a súbor výskumných úloh, ktorý zabezpečuje integráciu poznatkov z rôznych vzdelávacích oblastiach. Autor verí, že použitie tejto techniky zabezpečí u študentov rozvoj širokého spektra intelektuálnych zručností, akými sú abstrakcia a konkretizácia, zovšeobecňovanie, klasifikácia, analýza a pochopenie výsledkov ich konania.

1.2.2 Ciele a ciele výučby modelovania a formalizácie

Ciele a ciele vyučovania informatiky na základnej škole formulované takto:

Osvojenie si počítačovej gramotnosti a počiatočnej kompetencie v používaní informačno-komunikačných technológií, najjednoduchších počítačových modelov pri riešení výchovných a praktických problémov v škole i mimo nej; získanie potrebnej prípravy na používanie metód informatiky a nástrojov informačných technológií pri štúdiu akademických odborov základnej školy a vzdelávacie programy následná etapa prípravy, ako aj na zvládnutie odborných činností, ktoré sú žiadané na trhu práce: zvládnutie zručností práce s rôznymi druhmi informácií pomocou počítača a iných nástrojov informačných technológií, schopnosť aplikovať tieto zručnosti: vyhľadávanie, vyberať, kriticky hodnotiť, organizovať, prezentovať a prenášať informácie, plánovať a organizovať vlastné informačné aktivity a ich výsledky;

Získavanie skúseností s realizáciou individuálnych a kolektívnych projektov týkajúcich sa rôznych akademických odborov, vrátane vydávania školských časopisov, tvorby školských stránok na internete, virtuálnych vlastivedných múzeí a pod. využívanie informačných a komunikačných technológií; používanie informácií dostupných na internete a v rôznych médiách;

Osvojenie si systému vedomostí súvisiacich s informačným obrazom sveta, vrátane: základných pojmov potrebných na formovanie špecifických predstáv o informačných procesoch, systémoch a technológiách; predstavy o všeobecnosti a zákonitosti informačných procesov v rôznych spoločenských a technologických systémoch, o mechanizmoch vnímania a spracovania informácií človekom, technologických a sociálnych systémov, o modernej informačnej civilizácii;

Oboznámenie sa s využívaním informačných a komunikačných technológií ako metódy poznávania prírody a spoločnosti, pozorovanie a registrácia prírodných a spoločenských javov, prezentovanie ich výsledkov vo forme informačných objektov;

Rozvoj kognitívnych záujmov, intelektuálnej tvorivosti v informačných aktivitách;

Výchova k potrebným normám správania a činností v súlade s požiadavkami informačnej spoločnosti ako prirodzená etapa rozvoja civilizácie.

Niet pochýb o tom, že počítačové modelovanie zohráva dôležitú úlohu pri dosahovaní cieľov a zámerov výučby informatiky.

Štátny vzdelávací štandard zabezpečuje štúdium problematiky informačného modelovania tak v základnom kurze základnej školy, ako aj na strednej škole. Vzorový študijný program informatiky odporúča v 8. ročníku naštudovať tému „Formalizácia a modelovanie“ na úrovni príkladov modelovania objektov a procesov. V prvom rade sa predpokladá použitie grafických a tabuľkových modelov. Vo vyšších ročníkoch je zabezpečený všeobecný (teoretický) úvod do témy a štúdium rôznych druhov počítačového modelovania na úrovni matematických („výpočtových“), grafických, simulačných modelov týkajúcich sa sociálnych, biologických a technických systémov a procesov. . Výberové predmety pre stredoškolákov sú efektívnou formou hĺbkového štúdia počítačového modelovania.

Základné pojmy, ktorý by sa mali študenti naučiť po preštudovaní časti „Formalizácia a programovanie“:

Objekt, model, modelovanie; formalizácia; informačný model; informačné technológie na riešenie problémov; počítačový experiment.

Na konci jednotky by študenti mali vedieť :

o existencii mnohých modelov pre ten istý objekt;

· etapy informačných technológií na riešenie problémov pomocou počítača.

študenti by mali byť schopný :

uviesť príklady modelovania a formalizácie;

uviesť príklady formalizovaného popisu objektov a procesov;

Uveďte príklady systémov a ich modelov.

· vytvárať a skúmať najjednoduchšie informačné modely na počítači.

AT ukážkový program v odbore Informatika a informačné technológie, zostavený na základe federálnej zložky štátneho štandardu hl všeobecné vzdelanie do riadku obsahu" Formalizácia a modelovanie" je venovaných 8 hodín. Predpokladá sa, že preštudujete nasledovné problémy:

Formalizácia popisu reálnych objektov a procesov, príklady modelovania objektov a procesov vrátane počítačového modelovania. počítačom riadené modely.

Typy informačných modelov. Plány. Dvojrozmerná a trojrozmerná grafika.

Schémy, plány, mapy.

Stôl ako prostriedok modelovania.

- Kybernetický model riadenia: riadenie, spätná väzba.

Praktická práca:

1. Príprava a realizácia experimentu vo virtuálnom počítačovom laboratóriu.

2. Budovanie genealogického stromu rodu.

3. Tvorba schémy a kreslenia v systéme počítačom podporovaného projektovania.

4. Zostrojenie a štúdium počítačového modelu, ktorý implementuje analýzu výsledkov meraní a pozorovaní pomocou programovacieho systému.

5. Zostrojenie a štúdium počítačového modelu, ktorý implementuje analýzu výsledkov meraní a pozorovaní pomocou dynamických tabuliek.

6. Konštrukcia a výskum geoinformačného modelu v tabuľkových procesoroch alebo špecializovanom geoinformačnom systéme.

Na základe toho je možné nasledujúce rozdelenie línie „Formalizácia a modelovanie“ do tém:

· Objekt. Klasifikácia objektov. objektové modely. 2h.

Klasifikácia modelov. Hlavné fázy modelovania. 2h.

· Formálne a neformálne vyhlásenie o probléme.

· Základné princípy formalizácie. 2h.

· Koncepcia informačných technológií na riešenie problémov.

· Budovanie informačného modelu. 2h.

Vzdelávacie úlohy riešené počas štúdia informačného modelovania.

Riešenie nižšie uvedených úloh umožňuje výrazne ovplyvniť celkový rozvoj a formovanie svetonázoru žiakov, integrovať poznatky o rôzne disciplíny pracovať s počítačovými programami na profesionálnejšej úrovni.

Všeobecný vývoj a formovanie svetonázoru študentov.

Pri výučbe informačného modelovania by sa mala vykonávať rozvíjajúca funkcia, žiaci sa naďalej oboznamujú s ďalšou metódou poznávania okolitej reality - metódou počítačového modelovania. V priebehu práce s počítačovými modelmi sa získavajú nové vedomosti, zručnosti a schopnosti. Niektoré predtým získané informácie sú konkretizované a systematizované, posudzované z iného uhla pohľadu.

Zvládnutie modelovania ako metódy poznávania.

Hlavný dôraz by sa mal klásť na rozvoj spoločného metodického prístupu ku konštrukcii počítačových modelov a práci s nimi. Potrebné:

1. preukázať, že modelovanie v akejkoľvek oblasti vedomostí má podobné črty; často je možné získať veľmi blízke modely pre rôzne procesy;

2. poukázať na výhody a nevýhody počítačového experimentu v porovnaní s prirodzeným experimentom;

3. ukázať, že abstraktný model aj počítač predstavujú možnosť poznania svet a niekedy to spravovať v záujme človeka.

Rozvoj praktických zručností počítačového modelovania.

Na príklade množstva modelov z rôznych oblastí vedy a praxe je potrebné vysledovať všetky štádiá počítačového modelovania od štúdia simulovaného predmetu a formulácie problému až po interpretáciu výsledkov získaných počas práce s počítačom. experimentovať, ukázať dôležitosť a nevyhnutnosť každého odkazu. Pri riešení konkrétnych problémov je potrebné vyčleniť a zdôrazniť zodpovedajúce fázy práce s modelom. Riešenie tohto problému zahŕňa postupné formovanie praktických modelovacích zručností, na čo slúžia tréningové úlohy s postupne sa zvyšujúcou náročnosťou a práca v laboratóriu na počítači.

Podpora profesijnej orientácie a rozvoj tvorivého potenciálu študentov.

Stredoškoláci stoja pred problémom výberu budúceho povolania. Vedenie kurzu počítačového modelovania môže odhaliť tých, ktorí majú schopnosti a sklony pre výskumnú činnosť. Schopnosť študentov vykonávať výskum by sa mala rozvíjať rôznymi spôsobmi, počas celého kurzu by sa mal udržiavať záujem o vykonávanie počítačových experimentov s rôznymi modelmi a ponúkať úlohy so zvýšenou zložitosťou. Jedným z cieľov kurzu je teda rozvoj tvorivého potenciálu študentov a kariérové ​​poradenstvo.

Prekonávanie predmetovej nejednotnosti, integrácia poznatkov.

Ako súčasť výcvikový kurz je vhodné zvážiť modely z rôznych oblastí vedy, čím je kurz čiastočne integrovaný. Aby sme pochopili podstatu skúmaného javu, správne interpretovali získané výsledky, je potrebné nielen ovládať techniky modelovania, ale aj orientovať sa v oblasti vedomostí, kde sa modelovanie uskutočňuje. Implementácia medzipredmetových súvislostí v takomto kurze je nielen deklarovaná, ako to niekedy býva v iných odboroch, ale je často základom pre zvládnutie vzdelávacieho materiálu.

Rozvoj a profesionalizácia počítačových zručností.

Študenti stoja pred úlohou nielen implementovať navrhnutý model na počítači, ale aj zobraziť získané výsledky čo najnázornejšie, v prístupnej forme. Tu môže pomôcť konštrukcia grafov, diagramov, dynamických objektov a vhod prídu aj animačné prvky. Program musí mať adekvátne rozhranie, viesť dialóg s používateľom. To všetko znamená dodatočné požiadavky na znalosti a zručnosti v oblasti algoritmizácie a programovania, uvádza do komplexnejšieho štúdia možností moderných programovacích paradigiem a systémov.

1.2.3 Formovanie základných pojmov vo vyučovaní počítačového modelovania

V súčasnej fáze ľudského vývoja nie je možné nájsť oblasť poznania, v ktorej by sa v tej či onej miere modely nepoužívali. Vedy, v ktorých sa odvolávanie sa na modelový výskum stalo systematickým, sa už nespoliehajú len na intuíciu výskumníka, ale rozvíjajú špeciálne teórie, ktoré odhaľujú zákonitosti vzťahu medzi originálom a modelom.

História modelingu siaha tisíce rokov do minulosti. Človek skoro ocenil a často používal metódu analógií v praktických činnostiach. Modelovanie prešlo dlhú cestu - od intuitívnej analógie k prísne vedeckej metóde.

Pred začatím výučby modelovania je potrebné zamerať pozornosť študentov na relevantnosť toho, čo sa študuje: človek už dlho používa modelovanie na štúdium objektov, procesov, javov v rôznych oblastiach. Výsledky týchto štúdií slúžia na určenie a zlepšenie charakteristík reálnych objektov a procesov; porozumieť podstate javov a rozvíjať schopnosť ich prispôsobovania alebo riadenia; na výstavbu nových zariadení alebo modernizáciu starých. Modelovanie pomáha človeku robiť informované a dobre premyslené rozhodnutia, predvídať dôsledky svojich aktivít. Vďaka počítačom sa výrazne rozširujú nielen oblasti použitia modelovania, ale aj komplexná analýza získaných výsledkov.

Po preštudovaní časti „Formalizácia a modelovanie“ sa študenti zoznámia s jej základmi. Študenti by mali pochopiť, čo je model a aké typy modelov existujú. Je to potrebné na to, aby si študenti pri realizácii výskumu vedeli vybrať a efektívne využívať softvérové ​​prostredie a nástroje vhodné pre každý model.

Štúdium sekcie prebieha v špirále: začína pojmom „objekt“.

Predmet je nejaká časť sveta okolo nás, ktorú možno považovať za celok.

Vlastnosti objektu - súbor vlastností objektu, pomocou ktorého ho možno odlíšiť od iných objektov.

Po systematizácii pojmov spojených s objektom nastáva plynulý prechod k pojmom model, modelovanie, klasifikácia modelov.

Pojmy „model“, „simulácia“ sú neoddeliteľne spojené, preto je vhodné diskutovať o nich súčasne.

Slovo „model“ pochádza z latinského slova modelium, čo znamená miera, obraz, metóda atď. Jeho pôvodný význam sa spájal so staviteľským umením a takmer vo všetkých európskych jazykoch sa používal na označenie obrazu, prototypu alebo niečoho podobného v istom ohľade inej veci.

Vo výkladovom slovníku „Informatika“ sa modelom rozumie „skutočný fyzikálny objekt alebo proces, teoretická konštrukcia, informačný obraz predstavujúci akékoľvek vlastnosti skúmaného objektu, procesu alebo javu“.

Vo filozofickej literatúre možno nájsť významovo blízke definície, ktoré sú zhrnuté nasledovne: „Model sa používa pri vývoji teórie objektu v prípade, keď ho nie je možné priamo sledovať z dôvodu obmedzená súčasná úroveň vedomostí a praxe.Údaje o objekte priameho záujmu výskumníka sa získavajú štúdiom iného objektu, ktorý je s prvým spojený zhodou charakteristík, ktoré určujú kvalitatívne a kvantitatívne špecifiká oboch objektov.

V podobnej definícii V.A. Stoff možno rozlíšiť také vlastnosti modelu:

Ide o mentálne reprezentovaný alebo materiálne realizovaný systém;

Reprodukuje alebo zobrazuje predmet štúdia;

Je schopný nahradiť predmety;

Jeho štúdium poskytuje nové informácie o objekte.

A.I. Uyomov zdôrazňuje zovšeobecnené vlastnosti modelu :

1. Model nemôže existovať izolovane, pretože je vždy spojený s originálom, teda s materiálnym alebo ideálnym systémom, ktorý v procese poznávania nahrádza.

2. Model má byť originálu nielen podobný, ale aj odlišný a model odráža tie vlastnosti a vzťahy originálu, ktoré sú podstatné pre toho, kto ho používa.

3. Model musí mať svoj účel.

teda Model- ide o zjednodušený (v tom či onom zmysle) obraz originálu, s ním nerozlučne spojený, odrážajúci podstatné vlastnosti, súvislosti a vzťahy originálu; systém, ktorého štúdium slúži ako nástroj, prostriedok na získanie nových a (alebo) potvrdenie existujúcich informácií o inom systéme.

Pojem model sa vzťahuje na základné všeobecné vedecké koncepty a modelovanie je metóda poznávania reality, ktorú používajú rôzne vedy.

Modelovanie - budovanie modelov na štúdium objektov, procesov, javov.

Simulačný objekt- široký pojem, ktorý zahŕňa predmety živej alebo neživej prírody, procesy a javy skutočnosti. Samotný model môže byť fyzický alebo ideálny objekt. Prvé sa nazývajú modely v plnom rozsahu, druhé - informačné modely. Napríklad model budovy je model budovy v plnej mierke a výkres tej istej budovy je jej informačným modelom prezentovaným v grafickej forme (grafický model).

Klasifikácia informačných modelov môžu byť založené na rôznych princípoch. Ak ich zaradíme podľa technológie, ktorá dominuje v procese modelovania, tak môžeme rozlíšiť matematické modely, grafické modely, simulačné modely, tabuľkové modely, štatistické modely atď.(biologické) systémy a procesy, modely procesov optimálneho ekonomického plánovania. , modely výchovno-vzdelávacej činnosti, modely poznania a pod.. Klasifikačné otázky sú pre vedu dôležité, pretože umožňujú vytvoriť si systematický pohľad na problém, no ich význam netreba preháňať. Rôzne prístupy ku klasifikácii modelov môžu byť rovnako užitočné. Okrem toho, konkrétny model nemožno v žiadnom prípade vždy priradiť jednej triede, aj keď sa obmedzíme na zoznam uvedený vyššie.

Materiálne (prírodné) a informačné modely.

Podľa spôsobu prezentácie sa modely delia na materiálne a informačné (pozri obr. Schéma 2).

Materiálne modely možno inak nazvať predmetové alebo fyzické. Reprodukujú geometrické vlastnosti originálu a majú skutočné stelesnenie.

Príklady materiálových modelov:

1. Detské hračky (bábiky - model dieťaťa, plyšové hračky - model živých zvierat, autá - modely skutočných áut atď.).

2. Zemeguľa – model planéty Zem.

3. Školské pomôcky (kostra človeka - maketa skutočnej kostry, maketa atómu kyslíka a pod.)

4. Fyzikálne a chemické pokusy.

Informačné modely sa nedajú dotknúť ani vidieť, nemajú materiálne stelesnenie, pretože sú postavené len na informáciách.

Informačný model - súbor informácií, ktoré charakterizujú vlastnosti a stavy objektu, procesu, javu, ako aj vzťah s vonkajším svetom.

Informačné modely zahŕňajú verbálne a znakové modely.

Verbálny model – informačný model v mentálnej alebo konverzačnej forme.

Príklady verbálnych modelov:

1. Model ľudského správania pri prechádzaní cez ulicu. Osoba analyzuje situáciu na ceste (dopravné signály, prítomnosť a rýchlosť áut a vytvára model svojho pohybu)

2. Myšlienka, ktorá vzišla od vynálezcu – model vynálezu.

3. Hudobná téma, ktorá skladateľovi preblesla hlavou, je vzorom budúceho hudobného diela.

Znakový model je informačný model vyjadrený špeciálnymi znakmi, t.j. prostredníctvom akéhokoľvek formálneho jazyka.

Príklady ikonických modelov:

1. Výkres kuchynského nábytku - model nábytku do kuchyne.

2. Schéma moskovského metra - model moskovského metra.

3. Graf zmeny kurzu eura - model rastu (poklesu) kurzu eura.

Verbálne a znakové modely sú spravidla vzájomne prepojené. Mentálny obraz (napríklad cesta na určitú adresu) môže byť oblečený v symbolickej forme, napríklad v diagrame. A naopak, znakový model pomáha vytvárať správny mentálny obraz v mysli.

Podľa spôsobu implementácie sa modely informačných značiek delia na počítačové a nepočítačové.

Informačné modely sa využívajú pri teoretických štúdiách modelovania objektov. V našej dobe je hlavným nástrojom informačného modelovania výpočtová technika a informačné technológie.

Počítačový model je model implementovaný pomocou softvérového prostredia.

Počítačové modelovanie zahŕňa postup realizmu informačného modelu na počítači a štúdium objektu simulácie pomocou tohto modelu - uskutočnenie výpočtového experimentu.

Grafické, tabuľkové a matematické modelovanie sa pohodlne realizuje pomocou počítača. Na tento účel dnes existujú rôzne softvérové ​​nástroje: programovacie systémy (SP), tabuľky (ET), matematické balíky (MP), systémy správy databáz (DBMS), grafické editory (GR) atď.

Formalizácia.

Predmetová oblasť informatiky zahŕňa prostriedky a metódy počítačového modelovania. Počítačový model možno vytvoriť len na základe dobre formalizovaného informačného modelu. Čo je formalizácia?

Formalizácia informácií o nejakom predmete je jeho odraz v určitej forme. Môžete tiež povedať toto: formalizácia je redukcia obsahu na formu. Vzorce popisujúce fyzikálne procesy sú formalizáciou týchto procesov. Rádiový obvod elektronického zariadenia je formalizáciou fungovania tohto zariadenia. Noty napísané na noty sú formalizáciou hudby atď.

Formalizovaný informačný model je určitý súbor znakov (symbolov), ktoré existujú oddelene od modelovacieho objektu a možno ich prenášať a spracovávať. Implementácia informačného modelu na počítači spočíva v jeho formalizácii do dátových formátov, s ktorými počítač „dokáže“ pracovať.

Ale môžeme hovoriť aj o druhej strane formalizácie vo vzťahu k počítaču. Program v určitom programovacom jazyku je formalizovaná reprezentácia procesu spracovania údajov. Toto nie je v rozpore s vyššie uvedenou definíciou formalizovaného informačného modelu ako množiny znakov, keďže program stroja má znakovú reprezentáciu. Počítačový program je model ľudskej činnosti pri spracovaní informácií, redukovaný na postupnosť elementárnych operácií, ktoré môže vykonávať počítačový procesor. Preto je počítačové programovanie formalizáciou procesu spracovania informácií. A počítač funguje ako formálny vykonávateľ programu.

Etapy informačného modelovania

Proces modelovania má 4 fázy (pozri obr. Schéma 3):

1. Vyjadrenie problému.

2. Vývoj modelu.

3. Počítačový experiment.

4. Analýza výsledkov simulácie.

Formulácia problému

Popis úlohy

Úloha (alebo problém) je formulovaný v bežnom jazyku a popis by mal byť zrozumiteľný. Hlavnou vecou v tejto fáze je určiť objekt modelovania a pochopiť, aký by mal byť výsledok.

Formulácia účelu modelovania

Ciele modelovania môžu byť:

znalosť okolitého sveta;

Vytváranie objektov so špecifikovanými vlastnosťami (tento cieľ zodpovedá nastaveniu úlohy „ako na to, aby ...“);

Určenie dôsledkov dopadu na objekt a správne rozhodnutie (tomuto cieľu zodpovedá formulácia problému „čo sa stane, ak ...“);

Stanovenie efektívnosti objektového (procesného) riadenia.

Objektová analýza

V tejto fáze, počnúc všeobecnou formuláciou problému, je modelovaný objekt a jeho hlavné vlastnosti jasne identifikované. Keďže vo väčšine prípadov je pôvodný objekt celý súbor menších komponentov, ktoré sú v nejakom vzťahu, analýza objektu bude znamenať dekompozíciu (rozkúskovanie) objektu s cieľom identifikovať komponenty a povahu vzťahov medzi nimi.

2. Vývoj modelu

· Informačný model

V tejto fáze sa odhaľujú vlastnosti, stavy a iné charakteristiky elementárnych objektov, vytvára sa predstava o elementárnych objektoch, ktoré tvoria pôvodný objekt, t.j. informačný model.

ikonický model

Informačný model je spravidla reprezentovaný v jednej alebo inej symbolickej forme, ktorá môže byť počítačová alebo nepočítačová.

· Počítačový model

Existuje veľké množstvo softvérových systémov, ktoré umožňujú výskum (modelovanie) informačných modelov. Každé prostredie má svoje nástroje a umožňuje pracovať s určitými typmi informačných objektov, čo spôsobuje problém výberu najvhodnejšieho a najefektívnejšieho prostredia na riešenie úlohy.

3. počítačový experiment

Plán simulácie

Modelovací plán by mal odrážať postupnosť práce s modelom. Prvými bodmi v takomto pláne by malo byť vypracovanie testu a testovanie modelu.

Testovanie- proces kontroly správnosti modelu.

Test- súbor počiatočných údajov, pri ktorých je vopred známy výsledok.

Ak sa hodnoty testu nezhodujú, je potrebné hľadať a odstrániť príčinu.

Simulačná technológia

Simulačná technológia- súbor účelových akcií používateľa na modeli počítača.

4. Analýza výsledkov simulácie

Konečným cieľom modelovania je urobiť rozhodnutie, ktoré by malo byť vypracované na základe komplexnej analýzy získaných výsledkov. Táto etapa je rozhodujúca – buď štúdium pokračuje (návrat na 2 alebo 3 etapy), alebo sa skončí.

Základom pre vývoj riešenia sú výsledky testovania a experimentov. Ak výsledky nezodpovedajú cieľom úlohy, znamená to, že v predchádzajúcich fázach došlo k chybám. Môže ísť o príliš zjednodušenú konštrukciu informačného modelu, alebo neúspešný výber metódy modelovania alebo prostredia alebo porušenie technologických metód pri zostavovaní modelu. Ak sa takéto chyby zistia, potom je potrebná úprava modelu, t.j. vráťte sa k jednému z predchádzajúcich krokov. Proces pokračuje dovtedy, kým výsledky simulácie nesplnia ciele simulácie.

Pri riešení konkrétneho problému sa dá jedna z etáp vylúčiť alebo zlepšiť, niektorí pridali.

1.3 Rozvoj tvorivých schopností žiakov pri využívaní edukačných a tvorivých úloh počítačového modelovania

Zoznam cieľov, ktorých dosiahnutie zabezpečuje vyučovanie informatiky na stupni základného všeobecného vzdelávania, poukazuje na rozvoj tvorivých schopností pomocou IKT. Ak sa pozrieme na ciele vyučovania informatiky a informačných technológií na stupni stredoškolského (úplného) vzdelávania, uvidíme, že tu sa okrem IKT nástrojov očakáva aj rozvoj tvorivých schopností prostredníctvom rozvoja a využívania počítačovej techniky. vedecké metódy. Práve modelovanie a formalizácia sú podľa nášho názoru v najväčšej miere tie metódy informatiky, ktorých rozvoj a využívanie v kombinácii s ich implementáciou pomocou IKT povedie k zvýšeniu úrovne rozvoja tvorivých schopností. .

Modelovanie je tvorivý proces, preto vyučovanie tejto témy má dostatok možností na rozvoj tvorivých schopností žiakov. Pozrime sa na niektoré aspekty výučby modelovania v školskom kurze informatiky.

Podľa M.P. Lapchik a pod.Tému "Hlavné etapy počítačového modelovania" je potrebné študovať v špecializovaných kurzoch zameraných na modelovanie. Tí istí autori uvádzajú, že pri štúdiu línie „Modelovanie a formalizácia“ v základnom kurze by študenti mali byť schopní „v jednoduchých prípadoch systémová analýza objekt (formalizácia) s cieľom vybudovať svoj informačný model" a "uskutočniť výpočtový experiment na najjednoduchšom matematickom modeli". Tieto zručnosti sú neoddeliteľnou súčasťou procesu holistického modelovania. Preto sa domnievame, že štúdium tejto témy je povinné v základnom kurze.

Urobme porovnávaciu analýzu hlavných fáz počítačového modelovania (autor - N.V. Makarova) a štruktúry tvorivého procesu (autor - Ya.A. Ponomarev):

Kroky modelovania	Etapy tvorivého procesu
1. Vyjadrenie problému: popis úlohy; účel modelovania; objektová analýza.	1. Uvedomenie si problému: vznik problémovej situácie; pochopenie a pochopenie dostupných údajov; predstavuje problém (otázka).
2. Vývoj modelu.	2. Riešenie problému: vývoj hypotézy; vývoj riešenia, experiment.
3. Počítačový experiment.
4. Analýza výsledkov simulácie (ak výsledky nespĺňajú ciele, znamená to, že v predchádzajúcich fázach došlo k chybám).	3. Overenie riešenia (v dôsledku realizácie tejto etapy nemusí byť predložená hypotéza opodstatnená, potom je nahradená inou).

Porovnanie fáz nám umožňuje dospieť k záveru, že proces modelovania sa ľahko hodí a je v súlade s kreatívnym procesom. Preto výučba modelovania študentov a najmä jeho fázového plánovania vedie k formovaniu vedomostí a plánovaniu tvorivých činností.

Keďže všetky fázy modelovania sú určené úlohou a cieľmi modelovania, schéma môže podliehať určitým zmenám vo vzťahu ku každej konkrétnej triede modelov. Takže vo vzťahu k matematickým modelom je problémové vyhlásenie rozdelené do nasledujúcich etáp:

1. zdôraznenie predpokladov, na ktorých bude založený matematický model;

3. záznam matematických vzťahov, ktoré spájajú výsledky s pôvodnými údajmi (toto spojenie je matematický model).

Tu je príklad úlohy vytvorenia matematického modelu hmotnosti študentského portfólia dvoma študentmi:

Riešenie 1:

Riešenie 2:

1. Predpoklady zvýraznenia: hmotnosť denníka sa rovná hmotnosti zápisníka; počet zošitov a počet učebníc sa rovná počtu predmetov v daný deň; aktovka obsahuje len zošity, diár, učebnice a peračník. m4 (kg) - hmotnosť nádoby; n (ks) - počet subjektov; 3. Matematický model M=m1+m2 n+m3 (n+1) +m4, kde m1>0, m2>0, m3>0, m4>0, n>1.

1. Predpoklady zvýraznenia: všetky učebnice majú rovnakú hmotnosť; všetky notebooky majú rovnakú hmotnosť; v aktovke môžu byť zošity, diár, učebnice, peračník a "niečo iné" (hračka, chlebíček a pod.). 2. Definícia počiatočných údajov a výsledku: m1 (kg) - hmotnosť prázdneho portfólia; m2 (kg) - hmotnosť jednej učebnice; m3 (kg) - hmotnosť jedného notebooku; m4 (kg) - hmotnosť denníka; m5 (kg) - hmotnosť nádoby; m6 (kg) - hmotnosť "niečoho iného"; n1 (ks) - počet učebníc; n2 (ks) - počet zošitov; M (kg) - hmotnosť portfólia študenta. 3. Matematický model: М=m1+m2 n1+m3 n2+m4+m5++m6, kde m1>0, m2>0, m3>0, m4>0, m5>0, m6>0, n1>0, n2> 0.

Tento príklad jasne potvrdzuje, že úlohy tohto typu umožňujú jasne sledovať fázy vytvárania modelu a sú názorným príkladom tvorivej činnosti študentov. Vytvorením rôznych predpokladov dostane každý zo študentov svoj vlastný model, odlišný od ostatných.

Po preskúmaní a analýze aparátu úloh učebníc informatiky odporúčaných pre študentov stredných škôl na prítomnosť modelovacích úloh súvisiacich so vzdelávacími a tvorivými úlohami môžeme konštatovať, že takmer všetky učebnice majú úlohy na formalizáciu a aplikáciu. matematické metódy, ako aj problémy iného typu, ktorých riešenie sa redukuje na použitie matematického aparátu. Autori učebníc však prakticky neponúkajú úlohy na rozvoj takých zložiek tvorivých schopností človeka, ako je schopnosť vidieť problémy a rozpory, kritické myslenie a schopnosť hodnotových úsudkov, schopnosť nachádzať správne informácie a prenášať ich. to, uplatniť ju v úlohe, schopnosť formulovať a preformulovať úlohy, komunikatívne a tvorivé schopnosti a pod.

Pojem „úloha“ z hľadiska frekvencie jeho používania je jedným z najbežnejších vo vede a vzdelávacej praxi. Niektorí autori považujú pojem „úloha“ za nedefinovateľný av najširšom zmysle za to, čo si vyžaduje vykonanie, riešenie. Z hľadiska používania učebných pomôcok pôsobí ako prostriedok cieľavedomého formovania vedomostí, zručností a schopností. Žiaľ, v učebniciach sa úlohy stále využívajú najmä na formovanie schopnosti aplikovať poznatky (v zmysle zapamätania si faktov a ich reprodukovania). V našej štúdii sa budeme zaoberať vzdelávacími a tvorivými úlohami, ktoré zahŕňajú inú schému riešenia s použitím netradičných metód a prostriedkov. Ide už o novú etapu využívania úloh, keď slúžia na rozvoj osobnosti a vzdelávanie žiakov.

Väčšina úloh informačného modelovania súvisí so vzdelávacími a tvorivými úlohami (UTZ), ktorých vymedzenie, zdôvodnenie obsahu a úlohy, ako aj klasifikáciu navrhol V.I. Andrejev. Zastavme sa podrobnejšie pri koncepte vzdelávacích a tvorivých úloh a ich klasifikácii.

"Výchovná a tvorivá úloha- ide o takú formu organizovania obsahu vzdelávacieho materiálu, pomocou ktorej sa učiteľovi darí vytvárať pre žiakov tvorivú situáciu, priamo alebo nepriamo stanovovať cieľ podmienok a požiadaviek výchovno-vzdelávacej a tvorivej činnosti, počas ktorej žiaci aktívne získavať vedomosti, zručnosti, rozvíjať tvorivé schopnosti jednotlivca“.

Podľa nášho názoru pri výučbe modelovania je možné využiť vzdelávacie a tvorivé úlohy na rozvoj rôznych zložiek tvorivých schopností.

Klasifikácia vzdelávacích a tvorivých úloh navrhnutá V.I. Andreev, je pomerne rozsiahly.

Klasifikácia výchovných a tvorivých úloh v súvislosti s ich využitím na rozvoj tvorivých schopností jednotlivca:

	Príklady úloh na modelovanie	Rozvinuté zložky kreativity
1. Úlohy s nesprávne prezentovanými informáciami	Už spomínaný problém o portfóliu študenta, v ktorom prakticky nie sú žiadne prvotné informácie, ale len cieľ aktivity. Rozvinúť vzťahový model cestovnej kancelárie.	Schopnosť nájsť správne informácie a aplikovať ich na úlohu
2. Úlohy na predpovedanie	Matematické modelovanie: aká bude populácia Ruska do roku 2050? Verbálne alebo grafické modelovanie: vytvoriť model školy XXI.	Schopnosť vytvárať nápady, predkladať hypotézy
3. Problémy pre optimalizáciu	Aké sú rozmery dĺžky a šírky pravouhlého úseku oblasti S, ktorý si bude vyžadovať najmenej plotu?	Flexibilita, racionálne myslenie
4. Úlohy na kontrolu	Úlohy na posúdenie primeranosti modelu: matematický model závislosti rastu populácie améb od pôrodnosti vyjadruje nasledujúci vzorec: P (I + 1) = P (I) *2. Odráža tento model skutočný proces? Aké ďalšie faktory je potrebné vziať do úvahy?	Kritické myslenie, schopnosť hodnotiť
5. Úlohy na zistenie rozporu a sformulovanie problému	V mestskom kine s kapacitou 100 miest je 5 relácií denne. V priebehu týždňa bude uvedený film „Turkish Gambit“. Preskúmajte situáciu z rôznych uhlov pohľadu vytvorením úloh na riešenie problémov ako „čo sa stane, ak...“ a „ako na to...“. Formulujte závery a dávajte odporúčania.	Schopnosť vidieť problémy a rozpory
6. Úlohy pre vývoj algoritmických a heuristických receptov	Vytvorte algoritmus na vytvorenie modelu šachovnice v grafickom editore. Vytvorte algoritmus na konverziu neštruktúrovaných informácií o objekte do tabuľky typu „objekt-vlastnosť“ alebo „objekt-objekt“. Vytvorte si popisný model správania pri stretnutí s osobou opačného pohlavia.	Schopnosť zovšeobecňovať a okliešťovať duševné operácie, schopnosť reflektovať myslenie
7. Úlohy na správne vyjadrenie problému	Matematický model je uvedený vo forme diagramu. Zostavte tabuľku, pre ktorú je možné vytvoriť takýto diagram (tabuľka musí niesť sémantickú záťaž). Vymyslite problém, v dôsledku ktorého možno získať logický model tvaru (A B) → C.	Schopnosť formulovať a preformulovať úlohy
8. Logické úlohy	Úlohy na vytváranie logických modelov. Úlohy na vývoj štrukturálnych (hierarchických, sieťových, relačných) modelov.	Intelektuálno-logické schopnosti
9. Dizajnérske úlohy	Počítačový dizajn, modelovanie objektov podľa technické kreslenie alebo kresba s chýbajúcimi čiarami, spresnenie tvaru detailov predmetu atď.	Dizajnová schopnosť

Samozrejme, obmedzený počet hodín venovaných štúdiu odboru „Modelovanie a formovanie“ v základnom kurze informatiky je prekážkou plného využitia systému vzdelávacích a tvorivých úloh vo vzdelávaní. Tieto úlohy však možno rozdeliť do rôznych tém informatiky. Z podmienok úloh je vidieť, že na ich riešenie a implementáciu informačných modelov stačí mať zručnosti práce v univerzálnych softvérových prostrediach: grafický a textový editor, počítačové prezentácie, tabuľkové procesory a DBMS. Schopnosti týchto softvérových nástrojov sú také, že pri šikovnom výbere úloh, vytváraní atmosféry tvorivosti v triede, používanie týchto programov pomáha rozvíjať u žiakov predstavivosť, fantáziu, intuíciu, iniciatívu, t.j. tie osobné vlastnosti, ktoré sú klasifikované ako tvorivé. Niektoré z úloh sa preto dajú uplatniť pri výučbe informačných technológií v základnom kurze informatiky. Je možné ich využiť aj v špecializovaných kurzoch zameraných na modelovanie alebo informačné technológie.

Nami odporúčané vzdelávacie a tvorivé úlohy sa využívajú vo fáze zadávania a formalizácie úlohy a pri vývoji znakového informačného modelu, pričom informačné technológie sú len prostriedkom na realizáciu a štúdium vytvoreného modelu. Takže napríklad úlohy s nesprávne prezentovanými informáciami (úlohy s chýbajúcimi počiatočnými informáciami, úlohy s nadbytočnými informáciami, úlohy s protichodnými počiatočnými informáciami, úlohy, v ktorých prakticky neexistujú žiadne počiatočné informácie, ale iba cieľ aktivity) môžu byť použité, keď naučiť sa pracovať v akomkoľvek softvérovom programe.prostredí. Potreba vypracovať algoritmickú receptúru môže byť obsiahnutá v stave problému, alebo môže vzniknúť aj v procese jeho riešenia či softvérovej implementácie. Úlohy na riadenie a komunikatívne a tvorivé úlohy sa dajú uplatniť v projektových aktivitách a skupinovej práci. Považujeme teda za možné spoločne študovať informačné technológie a informačné modelovanie s cieľom hlbšie, vedomejšie a zmysluplnejšie študovať obe línie, a čo je najdôležitejšie, zvýšiť úroveň rozvoja tvorivých schopností študentov.

Vyučovanie vývoja modelov ako holistického procesu krok za krokom a široké využitie vzdelávacích a tvorivých úloh nám teda umožňuje poukázať na pedagogické možnosti výučby informačného modelovania ako tvorivého procesu.

Kapitola II. Experimentálna práca o štúdiu úlohy vzdelávacích a tvorivých úloh vo vyučovaní počítačového modelovania pri rozvoji tvorivých schopností žiakov

zohráva významnú úlohu v pedagogickom výskume. experiment -špeciálne organizovaný test konkrétnej metódy, prijatie práce na zistenie jej pedagogickej účinnosti.

Experiment (z lat. experimentum - test, skúsenosť) je metóda poznávania, pomocou ktorej sa v prirodzených podmienkach alebo umelo vytvorených, riadených a riadených podmienkach študuje pedagogický jav, hľadá sa spôsob riešenia vedeckého problému. . Experiment je teda metóda pedagogického výskumu, pri ktorej dochádza k aktívnemu ovplyvňovaniu pedagogických javov vytváraním nových podmienok, ktoré zodpovedajú účelu štúdia. Experiment by mal byť odpoveďou na nejakú otázku. Mal by byť zameraný na testovanie hypotézy. Bez hypotéz neexistuje experiment, rovnako ako neexistuje experiment bez presvedčivých teoretických a štatistických dôkazov, ktoré spĺňajú moderné požiadavky.

Existujú rôzne klasifikácie typov experimentov.

V našom prípade použijeme porovnávací experiment - keď v jednej skupine sa práca (tréning) vykonáva novou metodikou a v druhej - podľa všeobecne uznávanej alebo inej metódy ako v experimentálnej skupine a súčasne čas je úlohou identifikovať najväčšiu efektivitu rôzne techniky. Takýto experiment sa vždy realizuje na základe porovnania dvoch podobných paralelných skupín, tried – experimentálnej a kontrolnej.

2.1 Popis experimentálnej práce

Pedagogický experiment sa uskutočnil v štátnej vzdelávacej inštitúcii mesta Moskva, vzdelávacie centrum č.1456. Účastníkmi experimentu sú žiaci jednej z 9 tried. Štúdia sa uskutočnila v 3. štvrťroku akademického roka 2008-2009.

Niektorí zo študentov (10 osôb), ktorí sa zúčastnili voliteľného predmetu, tvoria experimentálnu skupinu; Zo zostávajúcich študentov bolo náhodne vybraných 10 študentov, ktorí vytvorili kontrolnú skupinu.

Porovnávané skupiny študentov sú rovnocenné z hľadiska východiskových údajov aj z hľadiska podmienok pedagogického procesu pri realizácii formatívneho experimentu.

Musíme zistiť, ako využitie edukačných a tvorivých úloh vo vyučovaní počítačového modelovania ovplyvňuje rozvoj tvorivých schopností žiakov.

Za týmto účelom sa realizuje porovnávací pedagogický experiment, kde jedna skupina (experimentálna) navštevuje nepovinné hodiny, ktoré sú vedené podľa nami vypracovanej metodiky a druhá (kontrolná) sa podľa tejto metodiky neučí.

Ako pracovná hypotéza bolo navrhnuté, že výučba počítačového modelovania podľa nami vyvinutej metodiky, ktorá využíva vzdelávacie a tvorivé úlohy, prispeje k zvýšeniu úrovne rozvoja tvorivých schopností žiakov (a to takých zložiek tvorivých schopností ako originalita a jedinečnosť).

Experimentálna práca pozostávala z troch etáp.

Fáza 1 - zisťovanie. Jeho účelom bolo identifikovať úroveň rozvoja tvorivých schopností žiakov.

2. fáza - tvarovanie. Účel: zvýšiť úroveň rozvoja tvorivých schopností školákov využívaním edukačných a tvorivých úloh vo vyučovaní grafického modelovania na voliteľných hodinách.

3. fáza - kontrola. Účel tejto fázy: identifikovať úroveň rozvoja tvorivých schopností školákov (opakované testovanie).

takze 1. etapa - zisťovanie - zisťovanie úrovne rozvoja tvorivých schopností žiakov.

Najprv sa analyzovala úroveň rozvoja tvorivých schopností študentov. V tejto fáze sme uskutočnili vstupný test: test „Diagnostika neverbálnej tvorivosti“ (pozri prílohu). Diagnostické možnosti upravenej verzie metodiky tohto testu umožňujú hodnotiť také dve zložky kreativity, akými sú originalita a jedinečnosť.

Výsledky testovania nájdete v tabuľke 3.

2. fáza - tvarovanie. Účel etapy: zvýšiť úroveň rozvoja tvorivých schopností školákov vyučovaním počítačového modelovania na voliteľných hodinách.

V tejto fáze sme pri realizácii voliteľných hodín využili nami vypracovaný blok voliteľného kurzu, ktorý zodpovedá nasledovnému tematickému plánovaniu (pozri tabuľku 1). Ako softvérové ​​prostredie pre rozvoj tvorivých schopností prostredníctvom výučby počítačového modelovania sme zvolili grafický editor Paint.

Stôl 1.

Tematický plán bloku "Grafické modelovanie"

číslo triedy	Téma lekcie	Počet hodín	Typ vzdelávacej aktivity
1	Koncepty modelu a modelovania. Klasifikácia modelov. Grafické modely	1	Prednáška s prvkami konverzácie
2	Kroky modelovania	1	Prednáška s prvkami konverzácie
3-5	Laboratórna práca č.1 "Modelovanie geometrických tvarov"	3 (1+2)	Laboratórna dielňa
6-9	Dizajn je druh modelovania. Laboratórna práca č. 2 "Počítačový dizajn"	4 (2+2)	Prednáška s prvkami konverzácie. Laboratórna dielňa
10-13	Laboratórna práca č. 3 "Modelovanie trojrozmerných štruktúr"	4 (2+2)	Laboratórna dielňa
14	Zhrnutie. Výstava študentských prác	1
Celkom:	14

Pri vývoji kurzu výučby počítačového modelovania sme sa snažili vybrať úlohy pre laboratórne práce tak, aby prispievali k rozvoju tvorivých schopností žiakov.

Hlavná časť bloku je laboratórne práce . Laboratórne práce sú hlavnou formou práce v počítačovej triede. Laboratórna práca poskytuje študentom možnosť samostatne sa zapájať do výskumných aktivít, čo im umožňuje upevniť si poznatky a pomáha položiť základy pre ďalšiu samostatnú prácu.

Laboratórna práca pozostáva z dvoch častí: prvá časť obsahuje ukážky vzdelávacích a tvorivých úloh, v ktorých sú sledované všetky fázy modelovania; druhá časť obsahuje úlohy na sebarealizáciu. Táto štruktúra laboratórnej práce je opodstatnená: prvá časť vám umožňuje formovať zručnosti na reprodukčnej úrovni, druhá - poskytuje príležitosť na upevnenie získaných zručností, podporuje prejav a rozvoj tvorivých schopností.

Laboratórne práce sa vydávajú študentom v tlačenej forme. Obsah fragmentov laboratórnej práce, zvýraznený sivou farbou, je výsledkom spoločnej práce učiteľa a študentov, konkrétne procesu diskusie o úlohe (pozri &2).

Všetci žiaci, ktorí sa zúčastnili výberového predmetu, mali zručnosti na prácu v prostredí grafického editora Maľovanie, keďže výberový predmet z informatiky navštevovali v 8. ročníku. Za iných okolností sa triedy, ktoré sme vytvorili, môžu vykonávať po preštudovaní témy „Technológie na spracovanie grafických informácií“ v kurze informatiky, napríklad v 10. alebo 11. ročníku.

Poslednou a záverečnou fázou experimentálnych prác je kontrolná fáza. Účel tejto etapy: identifikovať úroveň rozvoja tvorivých schopností školákov.

Táto fáza zahŕňa opätovné testovanie účastníkov v experimentálnej a kontrolnej skupine pomocou testu „Diagnostika neverbálnej kreativity“ (pozri prílohu) na kontrolu účinnosti tréningu, ako aj porovnanie s výsledkami zisťovacej fázy.

Výsledky testovania pozri tabuľku.4.

2.2 Metodický vývoj pre výučbu grafického modelovania v kurze informatiky

Ako pri každom inom modelovaní, pri začatí grafického modelovania je potrebné vybrať jeho objekt, určiť ciele modelovania, vytvoriť informačný model v súlade s úlohou a vybrať modelovací nástroj.

V prostredí grafického editora, ktorý je pohodlným nástrojom na zostavovanie grafických modelov, vznikajú grafické objekty - kresby. Akákoľvek kresba je na jednej strane modelom nejakého originálu (skutočného alebo mentálneho objektu) a na druhej strane objektom grafického editora.

V prostredí grafického editora je veľmi dôležité vedieť vytvoriť zovšeobecnený informačný model grafického objektu (pozri tabuľku 2).

tabuľka 2

Informačný model grafického objektu

Na zostavenie počítačových grafických modelov je potrebné vyriešiť nasledujúce úlohy:

· modelovanie geometrických operácií, ktoré poskytujú presnú konštrukciu v grafickom editore;

modelovanie grafických objektov so špecifikovanými vlastnosťami, najmä tvarom a veľkosťou

Zoznam požiadaviek na vedomosti a zručnosti študentov potrebné na štúdium grafického modelovania:

1. Študenti by mali vedieť:

· metódy reprezentácie obrázkov v pamäti počítača; koncepty pixelov, raster, farebné kódovanie, video pamäť;

Aké sú oblasti použitia počítačovej grafiky?

menovanie grafických redaktorov;

Určenie hlavných komponentov prostredia grafického editora Paint: pracovné pole, ponuka nástrojov, grafické primitívy, paleta, guma atď.

2. Študenti by mali byť schopní:

· vytvárať obrázky pomocou grafického editora Paint;

Uložte výkresy na disk a načítajte z disku.

Príklady laboratórnych prác:

Laboratórna práca č.1 "Modelovanie geometrických tvarov"

Úloha 1. "Pravidelný trojuholník"

1. fáza Formulácia problému

POPIS PROBLÉMU

Zostrojte pravidelný trojuholník s danou stranou.

ÚČEL SIMULÁCIE

FORMALIZÁCIA PROBLÉMU

2. fáza Vývoj modelu

Zostrojte trojuholník podľa algoritmu (pozri obr. 1) a dokážte, že výsledný trojuholník je skutočne správny. Tento algoritmus navrhol Euclid v IV storočí. pred Kr.

Obr.1. Algoritmus na zostrojenie rovnostranného trojuholníka s danou stranou

EXPERIMENTOVÝ PLÁN

1. Testovanie modelu vytvoreného podľa daného algoritmu jeho kombináciou s pôvodným segmentom.

2. Vytvorenie a testovanie modelu podľa vlastného algoritmu s rovnakými počiatočnými údajmi.

3. Výskum a analýza dvoch konštrukčných algoritmov s cieľom určiť najlepší.

VEDENIE VÝSKUMU

1. Dokážte správnosť vyššie uvedeného a svoje vlastné algoritmy pre model.

2. Skombinujte konštrukcie vytvorené rôznymi algoritmami.

4. fáza Analýza výsledkov

Ak sa čísla pri kombinácii nezhodujú, zmeňte konštrukčný algoritmus alebo zvýšte presnosť algoritmu prácou na zväčšenej mierke (pod lupou). Ak sa zhodujú, vyberte najvhodnejší algoritmus.

Úloha 2. "Pravidelný šesťuholník"

1. fáza Formulácia problému

POPIS PROBLÉMU

Zostrojte pravidelný šesťuholník s danou stranou.

ÚČEL MODELOVANIA (priestor na odpovede študentov)

_____________________________________________________________

FORMALIZÁCIA ÚLOHY (tabuľku vypĺňajú žiaci)

objasňujúca otázka

Odpoveď

2. fáza Vývoj modelu

Zostrojte šesťuholník podľa algoritmu (pozri obr. 2) a dokážte, že výsledný šesťuholník je skutočne správny.

Obr.2. Algoritmus na zostrojenie rovnostranného šesťuholníka s danou stranou

3. fáza počítačový experiment

PLÁN EXPERIMENTU (priestor na odpovede študentov)

_____________________________________________________________

_____________________________________________________________

_____________________________________________________________

ROBÍM VÝSKUM (priestor pre odpovede študentov)

_____________________________________________________________

_____________________________________________________________

_____________________________________________________________

4. fáza Analýza výsledkov (priestor na odpovede študentov)

_____________________________________________________________

_____________________________________________________________

_____________________________________________________________

1. Zostrojte rovnoramenný trojuholník so základňou a a výškou h.

2. Zostrojte pravouhlý trojuholník pozdĺž prepony a nohy.

3. Zostrojte rovnoramenný trojuholník pozdĺž strany a uhla v hornej časti.

4. Zostrojte trojuholník na troch stranách.

5. Zostrojte pravidelný osemuholník s danou stranou.

6. Zostrojte trojuholník, ktorý má dve strany a uhol medzi nimi.

7. Zostrojte rovnobežník na dané strany a uhol medzi nimi.

8. Zostrojte trojuholník pozdĺž strany protiľahlej k rohu a výšku nakreslenú od vrchu tohto rohu.

9. Zostrojte trojuholník, ktorý má dve strany a výšku zníženú na jednu z nich.

10. Zostrojte rovnoramenný trojuholník na základe základne a polomeru kružnice opísanej.

Laboratórna práca č. 2 "Počítačový dizajn"

Úloha. "Modelovanie parkiet"

1. fáza Formulácia problému

POPIS PROBLÉMU

V Petrohrade a jeho okolí sú nádherné palácové múzeá, ktoré obsahujú umelecké diela veľkých ruských a európskych majstrov. Okrem nádherných výtvorov maľby, sochárstva, nábytku sa tu zachovali jedinečné vzorky parkiet. Náčrty týchto parkiet vytvorili skvelí architekti. A ich nápady realizovali parketoví remeselníci.

Parkety sa skladajú z častí rôznych tvarov a druhov dreva. Detaily parkiet sa môžu líšiť vo farbe a vzore dreva. Z týchto dielov parketári zostavujú na špeciálnom stole bloky, ktoré sú navzájom kompatibilné. Z týchto blokov sa na podlahe montujú skutočné parkety už v miestnosti.

Jedna z odrôd parkiet je vyrobená z pravidelných geometrických tvarov (trojuholníky, štvorce, šesťuholníky alebo zložitejšie tvary). V rôznych kombináciách môžu detaily parkiet poskytnúť jedinečné vzory. Predstavte si seba ako dizajnéra parkiet, ktorý plní zákazku.

Úloha patrí do typu „Ako to urobiť, aby ...“.

ÚČEL SIMULÁCIE

Vypracujte náčrt parkiet.

STREDNÉ CIELE

Rozvinúť sadu štandardné diely parkety - ponuka parkiet (viď obr.1).

Obr.1. Parketové menu

Vyviňte štandardný parketový blok z dielov.

FORMALIZÁCIA PROBLÉMU

objasňujúca otázka	Odpoveď
Čo sa modeluje?	Geometrický objekt - mnohouholník
	Polygón je správny. Počet strán polygónu – 3, 4, 6
čo je dané?	Segment rovný strane mnohouholníka
Čo potrebujete získať?	Parketové detaily, parketový blok, geometrické parkety
	Pravítko, kružidlo
	Neexistuje žiadny kruh. Kompas nahrádza štvorec vpísaným kruhom

2. fáza Vývoj modelu

INFORMAČNÝ MODEL

POČÍTAČOVÝ MODEL

Na modelovanie sady kompatibilných dielov, parketových blokov a parkiet vo všeobecnosti môžete použiť prostredie grafického editora Paint.

MODEL 1. Modelovanie geometrických objektov so špecifikovanými vlastnosťami na vytvorenie štandardnej sady parketových dielov s kompatibilnými rozmermi.

Kompletnú sadu detailov potrebných na modelovanie (pozri obr. 2) si vytvorte sami (podľa Vám známych algoritmov), s využitím možností rotácií a odrazov úlomkov.

Obr.2. Predmety ponuky parkiet

Pri konštrukcii štvorca nakloneného o 30 0 (60 0) postupujte podľa algoritmu (pozri obr. 3).

Obr.3. Algoritmus na zostavenie štvorca nakloneného o 30 0 (60 0)

Vyfarbite hotové figúrky napodobňovaním textúry rôznych druhov dreva.

Vytvorené menu uložte do súboru "Parquet Menu" a chráňte ho pred zápisom.

MODEL 2. Modelovací parketový blok.

Počet dielov v parketovom bloku závisí od počtu strán mnohouholníka.

Bloky je možné zostaviť z dielov jedného, ​​dvoch alebo troch druhov (pozri obr. 4).

Obr.4. Modely parketových blokov

MODEL 3. Rozloženie parkiet z vytvorených blokov.

Parkety sú zostavené z hotových blokov na podlahe. Výsledné dutiny v rohoch a na stenách sú utesnené dielmi zo štandardnej sady.

Počítačový náčrt parkiet sa vytvorí podľa rovnakého princípu na pracovnom poli grafického editora (pozri obr. 5).

Obr.5. Vzorky parkiet

3. fáza počítačový experiment

EXPERIMENTOVÝ PLÁN

1. Testovanie štandardnej sady dielov – kontrola kompatibility.

2. Vývoj parketového bloku.

3. Testovacie bloky - kontrola ich kompatibility.

4. Modelovanie náčrtov parkiet.

VEDENIE VÝSKUMU

1. Vypracujte niekoľko možností pre parketový blok a parketové náčrty.

2. Ponúknite ich zákazníkovi na výber.

4. fáza Analýza výsledkov

Ak typ parkiet nezodpovedá zámeru zákazníka, vráťte sa k jednej z predchádzajúcich etáp: vytvorte ďalší blok z rovnakej sady dielov alebo vyviňte inú sadu dielov.

Ak typ parkiet uspokojí zákazníka, potom sa rozhodne o vypracovaní výkresov v reálnej mierke a výbere materiálov.

Úlohy pre samostatnú prácu:

1. Predstavte si, že ste šéfom továrne na látky. Dizajnové vzorkovníky látok s geometrickými vzormi.

2. Predstavte si, že ste majstrom vitráží. Navrhnite sadu vitráží a vytvorte vitráž.

3. Predstavte si, že za vami prišiel riaditeľ továrne na hračky. Požiada vás, aby ste navrhli sadu mozaikových dielikov a ukázali, aké vzory sa dajú z týchto dielikov vyrobiť.

4. Vytvorte menu pre čajový alebo kávový servis (pohľad zhora) a podľa pravidiel etikety „nastavte“ sviatočný stôl pre šesť osôb.

5. Predstavte si, že ste umelcom v továrni na keramické obklady. Navrhnite sadu keramických dlaždíc a vytvorte z nej objekty podmorského sveta, aby ste simulovali kompozíciu „Pod vodou“ pre kúpeľňu.

6. Predstavte si, že ste umelcom v dielni špecializovanej na výrobu kobercov. Navrhnite vzor koberca.

7. Predstavte si, že ste hlavným špecialistom továrne na výrobu kobercov. Navrhnite vzory kobercov do detskej izby.

8. Jedným z najnovších trendov v interiérovom dizajne je zdobenie stropu dlaždicami špeciálne navrhnutými na tento účel. Navrhnite sadu stropných dlaždíc na ozdobenie divadelnej haly.

9. Ako sa pretvára mesto, keď sú chodníky, námestia, námestia dláždené dlažobnými kockami (dlažobnými doskami). Vyskúšajte si ruku ako umelec v továrni na dlažbu. Vyviňte niekoľko možností dlažby.

10. Linoleum je veľmi praktický náter, ktorý si nevyžaduje špeciálnu starostlivosť. Ale keď už hovoríme o praktickosti, nesmieme zabúdať na krásu. Vyviňte niekoľko vzoriek linolea imitujúceho mramorovú podlahu.

Laboratórna práca č. 3 "Modelovanie trojrozmerných štruktúr"

Úloha. "Vytvorenie sady stavebných blokov"

1. fáza Formulácia problému

POPIS PROBLÉMU

Vytvorte súbor tehál s danými parametrami a, b, c (pozri obr. 1).

Obr.1. Tehlové menu

Úloha patrí do typu „Ako to urobiť, aby ...“.

ÚČEL SIMULÁCIE

Konštrukcia objektu so špecifikovanými vlastnosťami.

FORMALIZÁCIA PROBLÉMU

objasňujúca otázka	Odpoveď
Čo sa modeluje?	tehla
Aké má vlastnosti?	Tehla má tvar pravouhlého rovnobežnostena
čo je dané?	Segmenty rovné dĺžke, šírke a výške tehly
Čo potrebujete získať?	Sada tehál
Koľko pozícií môže tehla zaujať?	6
V akom prostredí môžete stavať?	Na papieri alebo v grafickom editore
Aké nástroje sú potrebné na stavbu na papieri?	Pravítko
Aké nástroje sú potrebné na zostavenie prostredia grafického editora?	Nástroj Čiara
Aké funkcie grafického editora je možné použiť?	Schopnosť otáčať fragmenty obrazu v určitých uhloch a ich odraz
Koľko tehlových pozícií stačí na postavenie?	3

2. fáza Vývoj modelu

Postavte tehlu v troch polohách podľa algoritmu. Pomocou nástroja Výplň zafarbíme okraje farbou rovnakého tónu, ale v iných odtieňoch (pozri obr. 2).

Obr.2. Algoritmus na stavbu tehly

Pomocou možnosti otáčania fragmentov obrazu v určitých uhloch a ich odrazov získajte všetkých šesť polôh tehly.

Všeobecná úloha:

Zostavte model podľa výkresu:

Úlohy pre samostatnú prácu:

· Postavte trojrozmerný model z tehál.

Pomocou klávesu nakreslite presné horizontálne, vertikálne a 45° uhlové čiary, ako aj kruhy a štvorce. .

· Kopírovanie a vkladanie existujúcej čiary sa používa na vytvorenie rovnobežných čiar.

· Na zostavenie figúrok s danými veľkosťami je žiaduce umiestniť počiatočné segmenty danej dĺžky do hornej časti listu ako štandardy a použiť ich kópie.

· Pri konštrukcii pravidelných mnohouholníkov berte do úvahy ich vlastnosť zapadnúť do kruhu, ktorý možno použiť ako doplnkovú konštrukciu.

· Pri riešení grafických problémov je často potrebné použiť doplnkové konštrukcie. Pri dodatočných konštrukciách sa vyberie pomocná farba, ktorá sa po dokončení práce odstráni vyplnením bielou (farba pozadia).

2.3 Výsledky výskumu a ich analýza

Výsledkom prvej, zisťovacej, etapy bol vstupný test: test „Diagnostika neverbálnej tvorivosti“. Hodnotili sme a analyzovali také dve zložky kreativity, akými sú originalita a jedinečnosť (pozri tabuľku 3).

Tabuľka 3

Index originality		Index jedinečnosti
študentov	X1	X2	X1	X2
1	0,88	0,74	1	2
2	0,58	0,59	1	0
3	0,45	0,69	0	1
4	0,63	0,67	1	1
5	0,91	0,87	2	2
6	0,88	0,69	1	1
7	0,88	0,81	1	2
8	0,67	0,71	2	1
9	0,63	0,71	1	0
10	0,63	0,49	1	0
význam	0,71	0,70	1,18	1,09
Poznámka.

Po analýze získaných výsledkov a ich porovnaní s maximálnym možným (pre index originality - 1, pre index jedinečnosti - 3) môžeme konštatovať, že zložky tvorivých schopností žiakov nie sú dostatočne rozvinuté a výsledky kontroly a experimentálne skupiny sa mierne líšia.

Na druhom stupni sa uskutočnili voliteľné hodiny pre experimentálnu skupinu, kde sa využívali vzdelávacie a tvorivé úlohy na rozvíjanie tvorivých schopností žiakov v laboratórnych prácach.

Výsledkom je, že v záverečnej, kontrolnej, fáze experimentálnej práce na testovanie účinnosti školenia sme opäť odhalila úroveň rozvoja tvorivých schopností školákov pomocou o test „Diagnostika neverbálnej tvorivosti“. Získali sa nasledujúce výsledky: (pozri tabuľku 4).

Tabuľka 4

Údaje zo štúdie úrovne rozvoja tvorivých schopností školákov (priemerná hodnota)

Index originality		Index jedinečnosti
študentov	X1	X2	X1	X2
1	0,88	0,80	1	2
2	0,88	0,67	2	1
3	0,60	0,71	1	0
4	1,00	0,87	3	2
5	0,73	0,73	1	1
6	1,00	0,87	3	2
7	0,89	0,89	1	2
8	0,91	0,59	2	0
9	0,77	0,77	2	1
10	0,77	0,73	2	1
význam	0,84	0,76	1,80	1, 20
Percento pomer, %	18	9	52	10
Poznámka. X1 - experimentálna skupina; X2 - kontrolná skupina

Výsledky uskutočneného pedagogického experimentu sú prezentované vo forme diagramov (pozri obr. 1, obr. 2).

Obr.1. Dynamika komponentov kreativity (experimentálna skupina)

Obr.2. Dynamika komponentov kreativity (kontrolná skupina)

Takže v porovnaní s kontrolnou skupinou sa úroveň originality a jedinečnosti v experimentálnej skupine v kontrolnej fáze nášho experimentu výrazne zvýšila. To nám umožňuje konštatovať, že rozvinutá didaktická a učebné materiály Vybrané vzdelávacie a tvorivé úlohy v plnej miere zabezpečujú organizáciu a vedenie vyučovacích hodín o štúdiu grafického modelovania, prispievajú k efektívnemu rozvoju tvorivých schopností študentov.

Nami formulovaná hypotéza sa potvrdila: využívanie edukačných a tvorivých úloh vo vyučovaní počítačového modelovania prispieva k zvýšeniu úrovne rozvoja tvorivých schopností žiakov.

Záver

Kreativita sú individuálne vlastnosti, vlastnosti človeka, ktoré určujú úspech jeho tvorivej činnosti. rôzne druhy.

Retrospektívna analýza problému rozvoja tvorivých schopností v procese učenia umožnila lepšie pochopiť trendy v jeho vývoji v súčasnej fáze. Početné štúdie venované štúdiu kreativity naznačujú, že tieto otázky vždy znepokojovali najlepšie mysle ľudstva (I. Kant, N. A. Berďajev, P. L. Lavrov, V. S. Solovjov, E. V. Ilyenkov, L. S. Vygotskij, S. L. Rubinshtein, Ya. A. Ponomarev, A. N. Luk, N. S. Leites, B. M. Teplov a ďalší), ale nemáme spoločné chápanie toho, čo je „kreativita“.

Z analýzy filozofickej, vedeckej, pedagogickej a psychologickej literatúry vyplýva, že problematike rozvoja osobnosti, jej tvorivého potenciálu, rozvoju a využívaniu netradičných pedagogických technológií, ktoré k tomuto rozvoju prispievajú, sa venuje značné množstvo výskumov.

V nám známej literatúre však nie sú dostatočne prebádané otázky súvisiace s rozvojom tvorivých schopností žiakov pri vyučovaní počítačového modelovania s využitím vzdelávacích a tvorivých úloh. Vo vzdelávacej praxi učitelia pomerne často využívajú prvky rôznych technológií vývinového učenia. Chaotická a nesystematická povaha ich implementácie, nedostatočné prispôsobenie sa podmienkam vzdelávania v rámci informačných technológií však neprinášajú správne výsledky.

Kreativita je obzvlášť dôležitá v procese učenia, pretože. Kreativita robí učenie zaujímavým a mení ho na vzrušujúci proces, ktorý dáva priestor fantázii. Výnimkou nie je ani výučba informatiky. Vhodnou voľbou učebných médií môže učiteľ pomôcť žiakom rozvíjať ich kreativitu.

Je dôležité si uvedomiť, že tvorivé schopnosti sa nerozvíjajú v spontánnych podmienkach, ale vyžadujú si špeciálne organizovaný proces vzdelávania a výchovy: revízia obsahu učebných osnov, vypracovanie procesného mechanizmu na realizáciu tohto obsahu, tvorba pedagogické podmienky na sebavyjadrenie v tvorivej činnosti.

O to sme sa pri našej práci snažili. Vzdelávacie a tvorivé úlohy sme považovali za prostriedok formovania tvorivých schopností žiakov. Pri riešení takýchto problémov nastáva akt kreativity, nájde sa nová cesta alebo sa vytvorí niečo nové. Tu sú potrebné špeciálne vlastnosti mysle, ako je pozorovanie, schopnosť porovnávať a analyzovať, nachádzať súvislosti a závislosti, to všetko spolu tvorí tvorivé schopnosti.

V praktickej časti pre výučbu grafického modelovania sme vypracovali blok voliteľného predmetu a načrtli usmernenia o jeho používaní.

Vyvinutý blok vyučovania sme realizovali pri realizácii nepovinných vyučovacích hodín pre žiakov jednej z 9 tried (GOU TsO č. 1456).

Na zistenie, ako využitie edukačných a tvorivých úloh vo vyučovaní grafického modelovania vplýva na rozvoj tvorivých schopností žiakov, sa uskutočnil porovnávací pedagogický experiment.

Výsledky našej štúdie odôvodňujú konštatovanie, že vypracované didaktické a metodické materiály dostatočne v plnej miere zabezpečujú organizáciu a priebeh vyučovania o štúdiu grafického modelovania a prispievajú k efektívnemu rozvoju tvorivých schopností študentov.

Malá znalosť tejto témy otvára veľké možnosti pre jej výskum, tvorbu vyučovacích metód a vývoj kreatívnych úloh pre počítačové modelovanie. Dúfame, že nami vyvinuté didaktické a metodické materiály nájdu uplatnenie v modernej škole.

Bibliografia

1. Andrejev, V.I. Dialektika výchovy a sebavýchovy tvorivej osobnosti [Text] / V.I. Andrejev. - Kazaň: Kazan University Press, 1988. - 238 s.

2. Bešenkov, S.A. informatika. Systematický kurz. Proc. pre 10. ročník [Text] / Beshenkov S.A., Rakitina E.A. - M.: Laboratórium základných znalostí, 2001. - 432 s.

3. Bozhovich, L.I. Problémy formovania osobnosti: Editoval D.I. Feldstein [Text] / Úvodný článok D.I. Feldstein, 2. vyd. Moskva: Inštitút praktickej psychológie, 1997. - 352 s.

4. Bochkin, A.I. Metódy vyučovania informatiky: Proc. príspevok [Text] / A.I. Bochkin. - Mn.: Vyš. Shk., 1998. - 431 s.

5. Bulatová O.S. Pedagogické umenie: Proc. príspevok pre študentov. vyššie ped. učebnica inštitúcie [Text] / O.S. Bulatov. - M.: Ed. Akadémia centra, 2001. - 240 s.

6. Úvod do vedeckého výskumu v pedagogike: Proc. príspevok pre študentov ped. inštitúty [Text] / Yu.K. Babanský, V.I. Zhuravlev, V.K. Rozov a ďalší; Pod redakciou V.I. Žuravlev. - M.: Osveta, 1988. - 239 s.

7. Úvod do psychodiagnostiky: Návod pre študentov strednej pedagogiky vzdelávacie inštitúcie[Text] / M.K. Akimová, E.M. Borisová, E.I. Gorbačov a ďalší; Pod redakciou K.M. Gurevič, E.M. Borisová - M.: Ed. Stredová akadémia, 1997. - 192 s.

8. Vygotsky, L.S. Predstavivosť a kreativita v detstve [Text] / L.S. Vygotskij - M.: Osvietenstvo, 1991. - 396 s.

9. Galygina, Irina Vladimirovna. Metódy výučby informačného modelovania v základnom kurze informatiky [Text]: Diz. cand. ped. Vedy: 13.00.02: Moskva, 2001 198 s. RSL OD, 61: 02-13/838-7

10. Gnatko, N.M. Problém kreativity a fenomén napodobňovania [Text] / N.M. Gnatko. - Ros. AN., Psychologický ústav. - M, 1994. - 43 s.

11. Deikina, A.Yu. Kognitívny záujem: podstata a problémy štúdia [Text] / Biysk, 2002

12. Družinin, V.N. Psychológia všeobecných schopností [Text] / V.N. Družinin - 2. vyd. - Petrohrad: Peter Kom, 1999. - 368 s.

13. Zakharova, I.G. Informačné technológie vo vzdelávaní: Proc. príspevok pre študentov. vyššie ped. učebnica inštitúcie [Text] / I.G. Zacharova - M.: Ed. Akadémia centra, 2003. - 192 s.

14. Zubko, I.I. Štúdium modelov klasifikačného typu v profilovom kurze informatiky [Text] / Diz. môcť. ped. vedy. - M., 1991.

15. Informatika a informačné technológie. Proc. pre ročníky 10-11 [Text] / N.D. Ugrinovič. - M.: BINOM. Vedomostné laboratórium, 2003. - 512 s.: chor.

16. Informatika a výpočtová technika: Základné pojmy: Tolkov. slov.: Viac ako 1000 základných pojmov a pojmov [Text] / A.Ya. Friedland, L.S. Khanamirova, I.A. Friedland - 3. vydanie, rev. a dodatočné - M.: Astrel Publishing House LLC: AST Publishing House LLC, 2003. - 272 s.

17. Informatika 7-9 buniek: Proc. pre všeobecné vzdelanie učebnica inštitúcie [Text] / A.G. Gein, A.I. Senokosov, V.F. Šolochovič. - 5. vyd., stereotyp. - M.: Drop, 2002. - 240 s.: chor.

18. Informatika 7.-9. ročník. Základný kurz. Dielenský zošit o modelovaní. [Text] / Ed. N.V. Makarova. - Petrohrad: Peter, 2003. - 176 s.: chor.

19. Informatika 7.-9. ročník. Základný kurz. teória. [Text] / Ed. N.V. Makarova. - Petrohrad: Peter, 2002. - 368 s.: chor.

20. Informatika. Základný kurz 7-9 ročníkov [Text] / I.G. Semakin, L.A. Zálogová, S.V. Rusakov, L.V. Shestakova - 2. vyd., opravené. a dodatočné - M.: BINOM. Vedomostné laboratórium, 2004. - 390 s.: ill.

21. Informatika: Proc. pre 8-9 buniek. všeobecné vzdelanie inštitúcie [Text] / A.G. Gein, E.V. Linetsky, M.V. Sapir, V.F. Šolochovič. - 5. vyd. - M.: Osveta, 1999 - 256 s.

22. Počítačová grafika v dizajne: Učebnica pre vysoké školy [Text] / D.F. Mironov. - Petrohrad: Peter, 2004. - 224 s.

23. Metódy vyučovania informatiky: Proc. príspevok pre študentov. ped. univerzity [Text] / M.P. Lapchik, I.G. Semakin, E.K. Henner; Pod generálnou redakciou. M.P. Lapchik. - M.: Ed. Akadémia centra, 2001. - 624 s.

24. Všeobecná psychológia: Učebnica pre vysoké školy [Text] / A. Maklakov. - Petrohrad: Peter, 2003. - 592 s.: chor. - Učebnica nového storočia.

25. Základy informatiky a výpočtovej techniky: Prob. učebnica pre 10-11 buniek. priem. škola [Text] / A.G. Gein, V.G. Žitomirskij, E.V. Linetsky a ďalší - 4. vyd. - M.: Osveta, 1994. - 254 s.: chor.

26. Základy vedecký výskum: Proc. pre tech. Univerzity [Text] / V.I. Krutov, I.M. Grushko, V.V. Popov a ďalší; Pod redakciou V.I. Krutová, V.V. Popov. - M.: Vyššie. Shk., 1989. - 400 s.

27. Pedagogický encyklopedický slovník [Text] / kap. vyd. B.M. Bim-Bad, M.M. Bezrukikh, V.A. Bolotov, L.S. Glebova a i. Veľká ruská encyklopédia, 2002 - 528 s.

28. Excelentnosť vyučovania a pedagogické technológie: Učebnica [Text] / Ed. OK Grebenkina, L.A. Baikovej. - 3. vydanie, Rev. a dodatočné - M.: Pedagogická spoločnosť Ruska, 2000. - 256 s.

29. Psychológia. Slovník [Text] / Pod všeobecným. vyd. A.V. Petrovský, M.G. Jaroševskij. - 2. vyd., opravené. a dodatočné - M.: Politizdat, 1990. - 494 s.

30. Ponomarev, Ya.A. Psychológia tvorivosti a pedagogika [Text] / Ya.A. Ponomarev - M.: Pedagogika, 1976.

31. Rubinstein, S.L. Základy všeobecná psychológia[Text] / S.L. Rubinstein - Petrohrad: Peter, 2001. - 720 s.: chor. - Master of Psychology.

32. Titová, Juliana Frantsevna. Metódy výučby modelovania v základnom kurze informatiky [Text] / Diz. cand. ped. Vedy: 13.00.02: Petrohrad, 2002 201 s. RSL OD, 61: 02-13/1086-1

33. Uemov, A.I. Logické základy metódy modelovania [Text] / A.I. Uemov - M.: Myšlienka, 1971. - 311 s.

34. Chutorskoy A.V. Moderná didaktika: Učebnica pre vysoké školy [Text] / A.V. Chutorskij - Petrohrad: Peter, 2001 - 544 s.

35. Babina N.F. Metodická podpora výučby techniky pre rozvoj tvorivých schopností študentov (na základe servisných prác) [Text] / Abstrakt dizertačnej práce pre titul kandidát pedagogických vied: 13.00.02. - Voronež, 2001.

36. Bešenkov, S.A. Formalizácia a modelovanie [Text] / S.A. Beshenkov V.Yu. Lyšková, N.V. Matveeva, E.A. Rakitina // Informatika a školstvo. - 1999 - č.5.

37. Bojaršinov M.G. Matematické modelovanie v školskom kurze informatiky [Text] / M.G. Bojaršinov // Informatika a vzdelávanie - 1999 - č.

38. Kuznecov, A.A., Moderný kurz informatiky: od prvkov k systému [Text] / A.A. Kuznecov, S.A. Bešenkov, E.A. Rakitina // Informatika a školstvo - 2004 - č.1-2.

39. Shestakov, A.P. Profilové školenie v informatike na strednej škole (ročníky 10-11) na základe kurzu „Počítačové matematické modelovanie“ (CMM) [Text] / A.P. Shestakov // Informatika - 2002 - č.34 - str.3-12.

40. Verbálny test tvorivého myslenia // http://www.gipnoz.ru/tests.html [Elektronický dokument].

41. Gin A.A. O kreatívnych vzdelávacích úlohách // http://www.trizminsk.org/index0. htm [elektronický dokument]

42. Luk A. Creativity // http://www.metodolog.ru/00021/00021.html [Elektronický dokument]

Dodatok

DIAGNOSTIKA NEVERBÁLNEJ TVORIVOSTI

(metóda E. Torrensa, upravená A.N. Voroninom, 1994)

Podmienky:

Test je možné vykonať na individuálnej alebo skupinovej báze. Na vytvorenie priaznivých podmienok pre testovanie musí manažér minimalizovať výkonovú motiváciu a orientovať testovaných na slobodné prejavenie ich skrytých schopností. Zároveň je lepšie vyhnúť sa otvorenej diskusii o predmetovom zameraní metodiky, t.j. nie je potrebné hlásiť, že práve kreativita (najmä tvorivé myslenie) sa testuje. Test možno prezentovať ako techniku ​​na „originalitu“, schopnosť vyjadrovať sa v figuratívnom štýle atď. Ak je to možné, čas testovania nie je obmedzený, približne 1-2 minúty pre každý obrázok. Zároveň je potrebné povzbudiť testujúcich, ak dlho rozmýšľajú alebo váhajú.

Navrhovaná verzia testu je súbor obrázkov s určitým súborom prvkov (čiar), pomocou ktorých musia subjekty obrázok doplniť do nejakého zmysluplného obrázka. V tejto verzii testu sa používa 6 obrázkov, ktoré sa navzájom neduplikujú vo svojich pôvodných prvkoch a poskytujú najspoľahlivejšie výsledky.

V teste sa používajú tieto ukazovatele kreativity:

1. Originalita(Op), ktorý odhaľuje mieru odlišnosti obrazu vytvoreného subjektom od obrazov iných subjektov (štatistická zriedkavosť odpovede). Zároveň by sa malo pamätať na to, že neexistujú dva identické obrázky, preto by sme mali hovoriť o štatistickej vzácnosti typu (alebo triedy) kresieb. Nižšie priložený atlas zobrazuje rôzne typy kresieb a ich podmienené názvy, ktoré navrhol autor úpravy tohto testu, odrážajúce všeobecnú podstatnú charakteristiku obrazu. Je potrebné poznamenať, že podmienené názvy kresieb sa spravidla nezhodujú s názvami kresieb, ktoré poskytli samotné subjekty. Keďže test slúži na diagnostikovanie neverbálnej tvorivosti, názvy obrázkov navrhnuté subjektmi sú z následnej analýzy vylúčené a slúžia len ako pomôcka na pochopenie podstaty obrázka.

2. Jedinečnosť ( Un), definovaný ako súčet dokončených úloh, ktoré nemajú vo vzorke (atlase kresieb) obdobu.

Pokyny na test

Pred vami je formulár s nedokončenými obrázkami. Musíte ich dokončiť, nezabudnite zahrnúť navrhované prvky do kontextu a snažte sa neprekračovať hranice výkresu. Môžete kresliť čokoľvek a čokoľvek, forma sa dá otáčať. Po dokončení výkresu mu musíte dať názov, ktorý by mal byť podpísaný v riadku pod výkresom.

Spracovanie výsledkov testov

Na interpretáciu výsledkov testu je nižšie uvedený atlas typických vzorov. Pre každú sériu obrázkov sa vypočítal index Op pre vzorku. Na vyhodnotenie výsledkov testov subjektov sa navrhuje nasledujúci algoritmus akcií.

Hotové obrázky je potrebné porovnať s tými v atlase, pričom treba dbať na použitie podobných detailov a sémantických súvislostí; pri nájdení podobného typu priraďte tomuto výkresu originalitu uvedenú v atlase. Ak v atlase takýto typ kresieb nie je, potom sa za originalitu tohto dokončeného obrázku považuje 1,00, t.j. ona je jedinečná. Index originality sa vypočíta ako aritmetický priemer originality všetkých obrázkov, index jedinečnosti sa vypočíta ako súčet všetkých jedinečných obrázkov. Použitím percentilškálou zostrojenou pre tieto dva indexy na základe výsledkov kontrolnej vzorky je možné určiť ukazovateľ neverbálnej tvorivosti danej osoby ako jej miesto vo vzťahu k tejto vzorke:

1	0%	20%	40%	60%	80%	100%
2	0,95	0,76	0.67	0,58	0,48	0,00
3	4	2	1	1	0	0

Poznámka:

1 - percento ľudí, ktorých výsledky presahujú stanovenú úroveň kreativity;

2 - hodnota indexu originality;

3 - hodnota indexu jedinečnosti.

Príklad výkladu : nech je prvý z výkresov, ktoré analyzujete, podobný obrázku 1.5 v atlase. Jeho originalita je 0,74. Druhý obrázok je podobný obrázku 2.1 Jeho originalita je 0,00. Tretí výkres nevyzerá ako nič, ale prvky pôvodne navrhnuté na dokončenie nie sú zahrnuté vo výkrese. Táto situácia je interpretovaná ako odklon od úlohy a originalita tejto kresby je hodnotená 0. Štvrtá kresba chýba. Piaty výkres sa považuje za jedinečný (v atlase nemá analógy). Jeho originalita je 1,00. Šiesty údaj sa ukázal byť podobný obrázku 6.3 a jeho originalita je 0,67. teda index originality pre tento protokol:

2,41/5 = 0,48

Index jedinečnosti(počet jedinečných obrázkov) tohto protokolu - 1 . Výsledky protokolu diskutovaného vyššie ukazujú, že subjekt je na hranici medzi 60 a 80 % ľudí, ktorých výsledky sú uvedené v atlase. To znamená, že približne 70 % subjektov z tejto vzorky má vyššiu neverbálnu kreativitu ako on. Zároveň index jedinečnosti, ktorý ukazuje, ako skutočne nový môže človek tvoriť, je v tejto analýze sekundárny z dôvodu nedostatočnej diferenciačnej sily tohto indexu, takže rozhodujúci je celkový index originality.

REGISTRAČNÝ FORMULÁR STIMULU

Priezvisko, iniciály __________________________________

Vek _______ Skupina ____________ Dátum ________________

Nakreslite obrázky a pomenujte ich!

Môžete kresliť čokoľvek a akokoľvek chcete.

Je potrebné sa čitateľne podpísať v riadku pod obrázkom.

Atlas typických kresieb

Obrázok č. 4

480 rubľov. | 150 UAH | 7,5 $, MOUSEOFF, FGCOLOR, "#FFFFCC",BGCOLOR, "#393939");" onMouseOut="return nd();"> Diplomová práca - 480 rubľov, doprava 10 minút 24 hodín denne, sedem dní v týždni a sviatky

240 rubľov. | 75 UAH | 3,75 $, MOUSEOFF, FGCOLOR, "#FFFFCC",BGCOLOR, "#393939");" onMouseOut="return nd();"> Abstrakt - 240 rubľov, doručenie 1-3 hodiny, od 10-19 (moskovský čas), okrem nedele

Rozová Natália Borisovna. Využitie počítačového modelovania vo vzdelávacom procese: 13.00.01, 13.00.02 Rozova, Natalia Borisovna Využitie počítačového modelovania v procese učenia (Na príklade štúdia molekulová fyzika na strednej škole): Dis. ... cukrík. ped. Vedy: 13.00.01, 13.00.02 Vologda, 2002 163 s. RSL OD, 61:03-13/523-2

Úvod

Kapitola 1. Modely a modelovanie vo vede a vzdelávaní 14

1.1 Modely a simulácie v moderná veda 14

1.2 Aplikácia modelov v procese výučby žiakov 26

1.3 Počítačová simulácia vo vzdelávaní 33

Kapitola 2. Psychologické a pedagogické základy počítačového učenia 50

2.1 Psychologické a pedagogické aspekty počítačovej prípravy 50

2.2 Vlastnosti vzdelávacej činnosti a jej riadenie na základe počítačového učenia 58

Kapitola 3

3.1 Analýza stavu počítačovej simulácie v časti „Molekulárna fyzika“ 74

3.2 Charakteristika experimentálneho programu na počítačovú simuláciu dynamiky sústav mnohých častíc a možnosti jeho využitia v edukačnom procese 83

3.3 Metodika organizácie a vedenia vyučovania fyziky v 10. ročníku pri štúdiu časti „Molekulárna fyzika“ na základe experimentálneho programu 92

4.1 Úlohy experimentu a organizácia jeho realizácie 128

4.2 Rozbor výsledkov pedagogického experimentu 140

Záver 147

Úvod do práce

Jednou z najdôležitejších oblastí rozvoja spoločnosti je vzdelávanie. Vzdelávanie „funguje“ pre budúcnosť, určuje osobné vlastnosti každého človeka, jeho vedomosti, zručnosti, kultúru správania, svetonázor, čím vytvára ekonomický, morálny a duchovný potenciál spoločnosti. Informačné technológie sú jedným z hlavných nástrojov vzdelávania, preto je vypracovanie stratégie ich rozvoja a využitia vo vzdelávaní jedným z kľúčových problémov. V dôsledku toho má používanie výpočtovej techniky celoštátny význam. Mnohí odborníci sa domnievajú, že v súčasnosti počítač umožní kvalitatívny prelom vo vzdelávacom systéme, keďže učiteľ dostal do rúk mocný učebný nástroj. Zvyčajne existujú dva hlavné smery informatizácie. Prvým je zabezpečenie univerzálnej počítačovej gramotnosti, druhým je využitie počítača ako nástroja, ktorý zvyšuje efektivitu učenia.

V systéme vzdelávania sa rozlišujú dva druhy činnosti: vyučovanie a učenie. N.F. Talyzina a T.V. Gabai navrhol zvážiť úlohu počítača pri učení z hľadiska funkcie, ktorú vykonáva.

Ak počítač vykonáva riadiacu funkciu vzdelávacie aktivity, potom ho možno považovať za vyučovací nástroj, ktorý nahrádza učiteľa, keďže počítač modeluje učebnú aktivitu, kladie otázky a odpovedá na odpovede a otázky žiaka ako učiteľa.

Ak sa počítač používa iba ako prostriedok vzdelávacej činnosti, potom sa jeho interakcia so študentmi uskutočňuje podľa typu „používateľa počítača“. V tomto prípade počítač nie je nástrojom na učenie, hoci dokáže sprostredkovať nové poznatky. Preto, keď hovoria o počítačovom učení, majú na mysli používanie počítača ako prostriedku na riadenie vzdelávacích aktivít.

Napriek tomu, že zatiaľ neexistuje jednotná klasifikácia vzdelávacích programov, mnohí autori medzi nimi rozlišujú päť typov: tréning, mentoring, problémové učenie, simulácia a modelovanie, hra. Počítačové modely majú najvyššie hodnotenie medzi vyššie uvedenými. Podľa V.V. Laptev, „počítačový model je softvérové ​​prostredie pre výpočtový experiment, ktoré na základe matematického modelu javu alebo procesu kombinuje prostriedky interaktívnej interakcie s objektom experimentu a vývoj nástroja na zobrazenie informácií. .. Počítačové modely sú hlavným objektom pre výpočtovú fyziku, ktorej osobitou metódou je výpočtový experiment, rovnako ako prirodzený experiment je osobitou metódou experimentálnej fyziky. Akademik V.G. Razumovsky poznamenáva, že „so zavedením počítačov do vzdelávacieho procesu sa zvyšujú možnosti mnohých metód vedeckého poznania, najmä metódy modelovania, ktorá vám umožňuje dramaticky zvýšiť intenzitu učenia, pretože pri modelovaní sa zdôrazňuje samotná podstata javov. a ich spoločné črty sa vyjasnia.“

Súčasný stav počítačového vzdelávania je charakterizovaný veľkým súborom vzdelávacích programov, ktoré sa výrazne líšia v kvalite. Faktom je, že v počiatočnom štádiu informatizácie škôl si učitelia, ktorí používali počítačové školenia, vytvorili vlastné školiace programy, a keďže neboli profesionálnymi programátormi, programy, ktoré vytvorili, boli neúčinné. Preto spolu s programami, ktoré poskytujú problémové učenie, počítačovú simuláciu atď., existuje veľké množstvo primitívnych tréningových programov, ktoré neovplyvňujú efektivitu učenia. Úlohou učiteľa teda nie je tvorba vzdelávacích programov, ale schopnosť používať hotové kvalitné programy, ktoré spĺňajú moderné metodické a psychologické a pedagogické požiadavky.

Jedným z hlavných kritérií didaktického významu programov modelovania je možnosť realizovať výskum, ktorý bol predtým v školskej učebni fyziky nemožný. V obsahu telesnej výchovy je množstvo sekcií, v ktorých celoplošný experiment iba kvalitatívne popisuje skúmaný jav alebo proces. Použitie počítačových modelov by tiež umožnilo vykonať kvantitatívnu analýzu týchto objektov.

Jednou z takých sekcií školskej fyziky je molekulová fyzika, stav počítačového učenia, ktorý budeme analyzovať. Jeho štúdiom sa študenti stretávajú s kvalitatívnymi nový formulár pohyb hmoty - tepelný pohyb, v ktorom okrem zákonov mechaniky fungujú aj zákony štatistiky. Prírodné experimenty (Brownov pohyb, difúzia, interakcia molekúl, vyparovanie, povrchové a kapilárne javy, zmáčanie) potvrdzujú hypotézu o molekulárnej štruktúre hmoty, ale neumožňujú nám sledovať mechanizmus prebiehajúcich fyzikálnych procesov. Mechanické modely: Sternov experiment, Galtonova doska, prístroj na demonštráciu zákonov plynov umožňujú znázorniť Maxwellov zákon o rozdelení molekúl plynu na rýchlosti a experimentálne získať vzťahy medzi tlakom, objemom a teplotou potrebné na odvodenie zákonov plynov.

Použitie modernej elektronickej a elektronickej výpočtovej techniky môže výrazne doplniť formuláciu a priebeh experimentu. Bohužiaľ, počet prác na túto tému je veľmi malý.

Príspevok popisuje využitie počítača na demonštráciu závislosti rýchlosti molekúl rôznych plynov od teploty, výpočet zmeny vnútornej energie telesa pri vyparovaní, tavení a kryštalizácii, ako aj využitie počítača pri spracovaní laboratórnych prác. Poskytuje tiež popis lekcie o určovaní účinnosti ideálneho tepelného motora na základe Carnotovho cyklu.

Metodiku nastavenia experimentu pomocou elektronických a elektronických počítačov popisuje V.V. Laptev. Schéma experimentu vyzerá takto: namerané hodnoty - snímače - analógovo-digitálny prevodník-mikrokalkulátor MK-V4 alebo počítač Yamaha. Podľa tohto princípu bola navrhnutá univerzálna elektromechanická inštalácia na štúdium zákonov o plyne v školskom kurze fyziky.

V knihe A.S. Kondratieva a V.V. Lapteva „Fyzika a počítač“ boli vyvinuté programy, ktoré vo forme grafov analyzujú vzorec pre Maxwellovu distribúciu molekúl podľa rýchlostí, používajú Boltzmannovu distribúciu na výpočet výšky vzostupu a študujú Carnotov cyklus.

I.V. Grebenev predstavuje program, ktorý simuluje prenos tepla zrážkou častíc dvoch telies.

V článku „Modelovanie laboratórnych prác fyzickej dielne“ V.T. Petrosyan a ďalší obsahuje program na modelovanie Brownovho pohybu častíc, ktorých počet je stanovený experimentom.

Najucelenejším a najúspešnejším rozvojom sekcie molekulovej fyziky je vzdelávací počítačový kurz „Otvorená fyzika“ LLP SC FYZIKA. Modely v ňom prezentované pokrývajú celý kurz molekulovej fyziky a termodynamiky. Pre každý experiment je uvedená počítačová animácia, grafy a číselné výsledky. Programy dobrej kvality, užívateľsky prívetivé, umožňujú sledovať dynamiku procesu pri zmene vstupných makro parametrov.

Zároveň je tento počítačový kurz podľa nášho názoru najvhodnejší na upevnenie preberanej látky, znázornenie fyzikálnych zákonitostí a samostatnú prácu študentov. Využitie navrhovaných experimentov ako počítačových demonštrácií je však náročné, keďže nemajú metodickú podporu, nie je možné kontrolovať čas prebiehajúceho procesu.

Treba poznamenať, že dodnes „nebol vytvorený ustálený pohľad na konkrétnu indikáciu: kde a kedy je potrebné použiť počítač v procese učenia sa; praktická skúsenosť pre hodnotenie vplyvu počítača na efektívnosť školenia nie sú stanovené žiadne regulačné požiadavky na typ, typ a parametre hardvéru a softvéru na vzdelávacie účely“.

Otázky o metodickej podpore pedagogického softvéru vzniesol I.V. Grebenev. „Za najdôležitejšie kritérium efektívnosti počítačového učenia by sa mala pravdepodobne považovať možnosť študentov získať nové, dôležité poznatky z predmetu v dialógu s počítačom, prostredníctvom takej úrovne alebo s takou povahou kognitívnej činnosti, ktoré sú nemožné bezstrojové učenie, samozrejme, za predpokladu, že ich pedagogický efekt bude platiť za čas učiteľa a študenta.“

To znamená, že na to, aby používanie počítačov prinieslo skutočný úžitok, je potrebné zistiť, v čom je existujúca metodika nedokonalá, a ukázať, aké vlastnosti počítača a akým spôsobom môžu zvýšiť efektivitu školenia.

Analýza stavu počítačovej simulácie ukazuje, že:

1) počítačovú simuláciu predstavuje malý počet programov vo všeobecnosti a najmä tých, ktoré modelujú fyzikálne procesy na základe ustanovení teórie molekulárnej kinetiky (MKT);

2) v programoch simulujúcich na báze MCT nie sú kvantitatívne výsledky, ale prebieha len kvalitatívna ilustrácia nejakého fyzikálneho procesu;

3) vo všetkých programoch nie je uvedené spojenie medzi mikroparametrami časticového systému a jeho makroparametrami (tlak, objem a teplota);

4) neexistuje vypracovaná metodika na vedenie vyučovacích hodín pomocou počítačových simulačných programov pre množstvo fyzikálnych procesov MCT.

To určuje relevantnosť štúdie.

Predmetom štúdia je proces učenia sa na strednej škole.

Predmetom výskumu je proces využitia počítačovej simulácie vo vyučovaní fyziky na strednej škole.

Účelom štúdia je štúdium pedagogických možností počítačového modelovania a vypracovanie metodickej podpory pre využitie programov počítačového modelovania na základe látky školského kurzu fyziky.

Na základe účelu štúdie boli v práci stanovené tieto úlohy:

1) vykonať holistickú analýzu možností využitia počítačovej simulácie v procese učenia;

2) určiť psychologické a pedagogické požiadavky na vzdelávacie počítačové modely;

3) analyzovať domáce a zahraničné počítačové programy, ktoré simulujú fyzikálne javy a poskytujú skutočný vzdelávací efekt;

4) vypracovať počítačový simulačný program založený na materiáli fyzikálneho obsahu stredoškolského všeobecného vzdelávania (časť „Molekulárna fyzika“);

5) skontrolovať aplikáciu experimentálneho počítačového simulačného programu a vyhodnotiť jeho didaktický a metodický výsledok.

Výskumná hypotéza.

Kvalitu vedomostí, zručností a informačnú kultúru študentov je možné zlepšiť, ak sa v procese výučby fyziky využívajú počítačové simulačné programy, ktorých metodická podpora je nasledovná:

Adekvátne k teoretickým základom počítačového modelovania sa v priebehu tréningových úloh vymedzuje miesto, čas, forma použitia výukových počítačových modelov;

Uskutočňuje sa variabilita foriem a metód riadenia činnosti žiakov;

Školáci sú trénovaní v prechode od reálnych predmetov k modelom a naopak.

Metodologickým základom štúdia sú: systémové a činnostné prístupy k štúdiu pedagogických javov; filozofické, kybernetické, psychologické teórie počítačového modelovania (A.A. Samarsky, V.G. Razumovskiy, N.V. Razumovskaya, B.A. Glinsky, B.V. Biryukov, V.A. Shtoff, V.M. Glushkov iné); psychologické a pedagogické základy informatizácie vzdelávania (V.V. Rubtsov, E.I. Mashbits) a koncepcia rozvoja vzdelávania (L.S. Vygotsky, D.B. Elkonin, V.V. Davydov, N.F. Talyzina, P. Ya. Galperin).

Výskumné metódy:

Vedecký a metodologický rozbor filozofickej, psychologickej, pedagogickej a metodologickej literatúry k skúmanému problému;

Analýza skúseností učiteľov, analýza vlastných skúseností s vyučovaním fyziky na strednej škole a metódami fyziky na vysokej škole;

Analýza modelovacích počítačových programov o molekulovej fyzike domácich a zahraničných autorov s cieľom určiť obsah programu;

Modelovanie fyzikálnych javov v molekulovej fyzike;

Počítačové experimenty založené na vybraných simulačných programoch;

Pýtanie sa, rozhovor, pozorovanie, pedagogický experiment;

Metódy matematickej štatistiky.

Výskumná základňa: školy č. 3, 11, 17 vo Vologde, Štátne prírodovedné a matematické lýceum Vologda, Fakulta fyziky a matematiky Štátnej pedagogickej univerzity vo Vologde.

Štúdia prebiehala v troch etapách a mala nasledujúcu logiku.

V prvej etape (1993-1995) bol definovaný problém, účel, úlohy a hypotéza štúdie. Analyzovala sa filozofická, pedagogická a psychologická literatúra s cieľom identifikovať teoretické základy vývoj a používanie počítačových modelov v procese učenia.

V druhej etape (1995 - 1997) sa uskutočnili experimentálne práce v rámci skúmaného problému, navrhli sa metodické úpravy pre využitie počítačových simulačných programov na hodinách fyziky.

V tretej etape (1997 - 2000) bola vykonaná analýza a zovšeobecnenie experimentálnych prác.

Spoľahlivosť a validitu získaných výsledkov zaručujú: teoretické a metodologické prístupy k štúdiu problému počítačovej simulácie vo vzdelávaní; kombinácia kvalitatívnej a kvantitatívnej analýzy výsledkov vrátane použitia metód matematickej štatistiky; metódy primerané účelu a predmetu štúdie; vedecky podložené požiadavky na vývoj počítačového simulačného programu.

To posledné vyžaduje určité vysvetlenie. Vyvinuli sme program na modelovanie dynamiky systémov mnohých častíc, ktorých výpočet pohybu je založený na Verletovom algoritme použitom H. Gouldom a J. Tobochnikom. Tento algoritmus je jednoduchý a poskytuje presné výsledky aj pre malé časové intervaly, čo je veľmi dôležité pri štúdiu štatistických vzorov. Originálne rozhranie programu umožňuje nielen vidieť dynamiku procesu a meniť systémové parametre, fixovať výsledky, ale umožňuje aj zmeniť čas experimentu, zastaviť experiment, uložiť tento rámec a začať ďalšiu prácu. na modeli z nej.

Skúmaný systém pozostáva z častíc, ktorých rýchlosti sú nastavené náhodne a ktoré na seba vzájomne pôsobia podľa zákonov newtonovskej mechaniky a sily interakcie medzi molekulami sú zobrazené Lennardovou-Johnsonovou krivkou, to znamená, že program obsahuje model skutočného plynu. Ale zmenou počiatočných parametrov je možné uviesť model do ideálneho plynu.

Nami prezentovaný počítačový simulačný program umožňuje získať číselné výsledky v relatívnych jednotkách, ktoré potvrdzujú nasledujúce fyzikálne zákony a procesy:

a) závislosť sily interakcie a potenciálnej energie častíc (molekúl) od vzdialenosti medzi nimi;

b) Maxwellovo rozdelenie rýchlosti;

c) základná rovnica molekulárnej kinetickej teórie;

d) zákony Boyle-Mariotte a Charles;

e) pokusy Joule a Joule-Thomson.

Vyššie uvedené experimenty môžu potvrdiť platnosť metódy štatistickej fyziky, keďže výsledky numerického experimentu zodpovedajú výsledkom získaným na základe zákonov štatistiky.

Pedagogický experiment potvrdil účinnosť metodiky vedenia vyučovacích hodín pomocou počítačových simulačných programov.

Vedecká novinka a teoretický význam štúdie:

1. Uskutočnil sa komplexný popis počítačového modelovania používaného vo vzdelávacom procese (filozofický, kybernetický, pedagogický).

2. Psychologické a pedagogické požiadavky na počítačové tréningové modely sú opodstatnené.

3. Bola aplikovaná metóda počítačovej simulácie dynamiky mnohých častíc, ktorá umožnila po prvý raz v školskom kurze molekulovej fyziky vytvoriť počítačový model ideálneho plynu, ktorý umožňuje demonštrovať vzťah medzi mikroparametre systému (rýchlosť, hybnosť, kinetická, potenciálna a celková energia pohybujúcich sa častíc) s makroparametrami (tlak, objem, teplota).

4. Na základe počítačových simulačných programov v metodológii fyziky boli realizované nasledovné numerické experimenty: bola získaná základná rovnica molekulovo-kinetickej teórie; je znázornený vzťah medzi teplotou a kinetickou energiou translačného pohybu častíc (molekúl); Modelujú sa experimenty Joule a Joule-Thomson pre ideálne a skutočné plyny.

Praktický význam štúdia spočíva v tom, že vybraný obsah a vyvinuté počítačové simulačné programy je možné použiť na strednej škole na uskutočnenie numerického experimentu s množstvom problémov molekulovej fyziky. V experimente bola vyvinutá a testovaná technika na vedenie hodín molekulárnej fyziky pomocou počítačových programov na modelovanie. Materiály a výsledky štúdia je možné uplatniť aj v procese výučby študentov vysokých škôl pedagogického zamerania a zdokonaľovacej prípravy učiteľov fyziky a informatiky.

Bola vykonaná aprobácia hlavných materiálov a výsledkov získaných v priebehu štúdie

Na medzinárodnej elektronickej vedecko-technickej konferencii (Vologda, 1999);

Na medziuniverzitnej vedeckej a praktickej konferencii „Sociálne aspekty adaptácie mládeže na meniace sa životné podmienky“ (Vologda, 2000);

Na druhej regionálnej vedecko-metodickej konferencii „Moderné technológie na vysokých a stredných školách odborné vzdelanie» (Pskov, 2000);

Na šiestej celoruskej vedecko-praktickej konferencii „Problém vzdelávacieho fyzikálneho experimentu“ (Glazov, 2001);

Pri vyučovaní fyziky na stredných školách mesta Vologda, na hodinách o metódach vyučovania fyziky so študentmi VSPU, na seminároch pre postgraduálnych študentov VSPU a učiteľov katedry všeobecnej fyziky a astronómie.

Na obhajobu sa predkladajú:

1. Teoretické prístupy k využitiu počítačovej simulácie v procese učenia a jej metodická podpora.

3. Metodika organizácie a vedenia vyučovania fyziky v 10. ročníku strednej školy pri štúdiu témy "Molekulárna fyzika" na základe počítačového simulačného programu.

Štruktúra dizertačnej práce.

Štruktúru dizertačnej práce určuje logika a postupnosť riešenia úloh. Dizertačná práca pozostáva z úvodu, štyroch kapitol, záveru, bibliografie.

Modely a modelovanie v modernej vede

V súčasnosti sa modely a modelovanie, ako jedna z metód chápania sveta okolo nás, široko využívajú vo vede, technike a vzdelávaní.

Pojem „model“ pochádza z latinského slova moduls, čo znamená miera, vzor, ​​norma. Holistický pohľad človeka na svet sa vo väčšine prípadov odráža v jeho mysli v podobe určitého fyzického modelu.

V modernej filozofii sú uvedené nasledujúce definície pojmov model a simulácia.

„Model (francúzsky model) v logike a metodológii vedy je analógom (schéma, štruktúra, znakový systém) určitého fragmentu prírodnej alebo sociálnej reality, produktom ľudskej kultúry, konceptuálneho a teoretického vzdelávania atď. pôvodný model. Tento analóg slúži na uchovávanie a rozširovanie poznatkov (informácií) o origináli, jeho vlastnostiach a štruktúrach, na jeho transformáciu či správu. Z epistemologického hľadiska je model „reprezentantom“, „náhradou“ originálu v poznaní a praxi. Do originálu sa prenášajú výsledky spracovania a skúmania modelu za určitých podmienok, ktoré sú logické a metodologické zistené a špecifické pre rôzne oblasti a typy modelov. „Modelovanie je metóda štúdia objektov poznania na ich modeloch; konštrukcia a štúdium modelov, reálnych objektov a javov (organické a anorganické systémy, inžinierske zariadenia, rôzne procesy – fyzikálne, chemické, biologické, sociálne) a konštruovaných objektov s cieľom určiť alebo zlepšiť ich vlastnosti, racionalizovať spôsoby ich konštrukcie, kontroly , atď. P." . V závislosti od typu modelov sa rozlišuje objektové a znakové modelovanie. V objektovom modelovaní sa výskum vykonáva na modeli, ktorý reprodukuje určité geometrické, fyzikálne alebo funkčné charakteristiky originálu. Napríklad pri analógovom modelovaní pomocou energetických modelov sa študujú mechanické, akustické, hydrodynamické a iné javy, pretože fungovanie modelu a originálu je opísané rovnakými diferenciálnymi rovnicami.

"Pri modelovaní znakov sú modely diagramy, kresby, vzorce navrhnuté v nejakej abecede (prirodzený alebo umelý jazyk) atď." . Modelovanie je jednou z dôležitých metód poznávania, preto patrí do epistemologickej kategórie. Výsledky získané pri štúdiu modelov je možné preniesť do originálu, ak model odráža vlastnosti originálu.

Táto klasifikácia je založená na metóde reprodukovania vlastností originálu v modeli. Všetky modely sú rozdelené do dvoch tried: materiál a ideálny. Materiálne modely zahŕňajú modely, ktoré existujú objektívne a sú vytvorené človekom, aby reprodukovali štruktúru a podstatu skúmaného procesu alebo javu.

Pre priestorovo podobné modely je predpokladom ich geometrická podobnosť s originálom, pretože odrážajú priestorové vlastnosti a vzťahy objektu. Táto skupina zahŕňa rôzne rozloženia, modely technických zariadení, krištáľové mriežky atď.

Vo fyzikálne podobných modeloch je nevyhnutná podobnosť jeho fyzikálnej podstaty s originálom a identita pohybových zákonov. Takéto modely sa líšia od povahy, ktorú zobrazujú, iba zmenou priestorovej alebo časovej mierky. Táto skupina zahŕňa prevádzkové modely rôznych technických zariadení, napríklad elektromotorov a generátorov, lodí, lietadiel atď.

Matematicky podobné modely fungovania predmetov štúdia by mali byť opísané rovnakými matematickými rovnicami a spravidla nemajú fyzickú a geometrickú podobnosť s originálom. Matematické modely zahŕňajú analógové, štrukturálne, digitálne, kybernetické modely.

Psychologické a pedagogické aspekty počítačového učenia

AT posledné roky domáci a zahraniční psychológovia venovali pozornosť úlohe individuálnych charakteristík žiakov v procese učenia. Hľadanie spôsobov, ako ušetriť a ďalší vývoj individualita dieťaťa, jeho potenciál, schopnosti viedli k rozvoju koncepcií individualizácie učenia. Pomoc prostredníctvom individualizácie pri realizácii vzdelávacích programov každým žiakom, predchádzanie neúspechu žiaka; formovanie všeobecných vzdelávacích zručností na základe zóny proximálneho rozvoja každého študenta; zlepšenie vzdelávacej motivácie a rozvoj kognitívnych záujmov; formovanie osobnostných vlastností: samostatnosť, pracovitosť, tvorivosť - podstata individualizácie výchovy. Hlavnou výhodou je, že individualizácia umožňuje plne prispôsobiť obsah, metódy a tempo učebných aktivít dieťaťa jeho vlastnostiam, sledovať jeho činy v každej fáze riešenia problému, včas prispôsobovať činnosti žiaka a učiteľa, prispôsobiť neustále sa meniacim, no kontrolovaným situáciám študentov a učiteľov. To všetko umožňuje študentovi pracovať ekonomicky, kontrolovať náklady na svoje sily a dosahovať lepšie výsledky.

Technológia individualizácie vzdelávania pokrýva všetky časti vzdelávacieho procesu – ciele, obsah, metódy a prostriedky. Charakteristiky individualizovaného učenia sú humanistické vo svojom filozofickom základe; faktory rozvoja: bio-, socio- a psychogénne; princíp riadiaci systém„tútor“, prístup k dieťaťu – humánno-osobný, organizačné formy – akademické, individuálne-skupinové; prevláda metóda programovaná, sebarozvíjajúca, kreatívna. Jednou z možností realizácie individualizácie učenia je rozvoj adaptívnych učebných predstáv. Zohľadňuje tak vek, ako aj individuálne charakteristiky študentov. Adaptácia môže byť založená na informáciách získaných zo skúseností každého študenta alebo vopred naprogramovaných. Vopred naprogramovaný adaptívny systém zvyčajne implementuje učenie podľa rozvetveného programu, kde sa v závislosti od povahy vykonanej chyby uvádza, ktoré pomocné akcie sa vydávajú. Adaptívne vzdelávacie systémy spravidla zohľadňujú: a) správnosť odpovede, b) dôvody, ktoré spôsobili ťažkosti pri plnení vzdelávacích úloh.

Rozvoj techniky, vývoj rôznych druhov technických zariadení umožňuje spojiť schopnosti technológie individualizácie vzdelávania s využitím modernej výpočtovej techniky.

Počítačový tréning založený na flexibilnom a pohotovom prispôsobení sa individuálnym charakteristikám každého študenta dokáže predchádzať vzniku psychickej nepohody, zníženiu sebaúcty a zníženiu motivácie k učeniu, keďže dokáže zohľadňovať individualitu študenta. koľko to len pôjde.

L.V. Shenshev popisuje tri varianty adaptívneho učenia. Prvou možnosťou je koncept maximálnej adaptability anglického kybernetika G. Pasca. Druhou je teória čiastočnej adaptability amerického psychológa N. Crowdera. Tretím je koncept minimálnej adaptability B. Skinnera. Autori teórií adaptívneho učenia sú podobní v posudzovaní príčin nízkej efektívnosti tradičného učenia a vo voľbe odstraňovania týchto príčin. Aplikujú sa koncepty adaptívneho učenia proces učenia nejaké požiadavky:

1. Pohotové prispôsobenie sa individuálnym charakteristikám žiakov s prihliadnutím na tempo učenia, diagnostikovanie príčin ťažkostí, včasná úprava vzdelávacieho materiálu.

2. Sústavné a cieľavedomé riadenie afektívne-motivačnej sféry žiaka, stabilizácia jeho stavu. 3. Udržiavanie nepretržitého dialógu, podnecovanie aktivity žiakov.

4. Automatizácia učenia.

Výkon uvedené požiadavky jednoduchšie pripísať počítačovému učeniu, pretože učiteľ sa nedokáže súčasne prispôsobiť rôznym študentom, zatiaľ čo stroj je nestranný, trpezlivý a neúnavný.

Vyššie uvedené koncepty adaptívneho učenia sa rýchlo dostali do masovej praxe, čo viedlo k módnemu šialenstvu pre vzdelávacie zariadenia a počítačové programy. Amatérski a primitívni vo svojich pedagogických schopnostiach ignorovali základnú myšlienku zohľadňovať individuálne vlastnosti a stabilizovať pozitívny emocionálny stav študentov. V súvislosti s týmto stavom je spochybňovaná efektívnosť počítačových školení. Moderný argument v prospech používania počítačov opakuje závery vývojárov adaptívneho učenia. Toto je dôležité vziať do úvahy dynamiku asimilácie a automatizáciu učenia, ktorá umožňuje učiteľovi, aby nebol rozptyľovaný organizačnými úlohami.

Analýza stavu počítačovej simulácie v časti "Molekulárna fyzika"

V prvej a druhej kapitole sme skúmali problematiku využitia počítačového modelovania vo vzdelávaní z pohľadu epistemológie, pedagogiky a psychológie, určili sme aj ich miesto a funkcie. Využitie počítačových modelov vo vyučovaní fyziky nám umožňuje ukázať dôležitosť modelovania ako metódy porozumenia okolitému svetu, prispieva k formovaniu abstraktného myslenia, rozvoju kognitívneho záujmu a k osvojeniu prvkov informačnej kultúry. Zároveň, aby sme si lepšie uvedomili také výhody, ako je možnosť individuálneho učenia, vedenie vzdelávacích aktivít, viditeľnosť, simulačné vlastnosti počítačových modelov, je potrebné identifikovať odvetvie fyziky, v ktorom bude mať využitie počítačovej simulácie. skutočný efekt učenia a určiť metodologické metódy na jeho zaradenie do vyučovacej hodiny.

Náročnosť štúdia predmetu "Molekulárna fyzika a termodynamika" na základnej škole je v tom, že sa tu študenti stretávajú s kvalitatívne novou formou pohybu hmoty - tepelným pohybom, v ktorom sa okrem zákonov mechaniky uplatňujú aj zákony štatistiky. tiež uplatniť. Navyše, prirodzené experimenty (brownov pohyb, difúzia, interakcia molekúl, vyparovanie, povrchové a kapilárne javy, zmáčanie) len potvrdzujú hypotézu o molekulárnej štruktúre hmoty, ale neumožňujú nám sledovať mechanizmus prebiehajúcich fyzikálnych procesov. Mechanické modely: Sternov experiment, Galtonova doska, inštalácia na demonštráciu zákonov plynu umožňujú znázorniť Maxwellov zákon rozloženia molekúl na rýchlosti a experimentálne získať vzťahy medzi tlakom, objemom a teplotou potrebné na odvodenie zákonov plynov. Zvýšenie efektivity vyučovacej hodiny môže poskytnúť rozšírenie a skvalitnenie demonštračného alebo laboratórneho experimentu pomocou počítača (význam počítačových modelov pri štúdiu fyziky sme naznačili v r). Takéto softvérové ​​nástroje na vykonávanie demonštračného experimentu v školskom kurze molekulovej fyziky a termodynamiky sú dostupné, aj keď v malom množstve. V r sme urobili prehľad niekoľkých prác a tu uvedieme analýzu všetkých nám známych počítačových programov používaných pri štúdiu molekulovej fyziky a termodynamiky.

Použitie moderných elektronických a elektronických výpočtových technológií môže výrazne zlepšiť formuláciu a priebeh experimentu. Popisuje využitie počítača na demonštráciu závislosti rýchlosti molekúl dusíka, vodíka, argónu a vzduchu od teploty, výpočet zmeny vnútornej energie telesa pri tavení a kryštalizácii, pri vyparovaní a pre plynné skupenstvo. , ako aj využitie počítača pri spracovaní výsledkov laboratórnych prác.

V tej istej knihe je uvedený popis lekcie o určovaní účinnosti ideálneho tepelného motora na základe Carnotovho cyklu. Model Carnotovho cyklu bol počítač, ktorý programovo implementuje adiabaty a izotermy na obrazovke monitora a graficky znázorňuje Carnotov cyklus.

Metodiku nastavenia experimentu pomocou elektronickej a počítačovej techniky opísal V.V. Laptev. Využil univerzálnosť elektrického signálu, ktorý nielenže obsahuje potrebné informácie, ale dokáže ho spracovať aj elektronický počítač. Preto je potrebné všetky neelektrické veličiny zapojené do experimentu previesť na elektrické pomocou primárnych meničov - snímačov, na výstupe ktorých sa objaví elektrický analógový signál, zvyčajne vo forme elektrického napätia. Laptev V.V. so zamestnancami bolo vyvinutých a vyrobených niekoľko senzorov na meranie osvetlenia, teploty a času. Signály snímačov je možné fixovať pomocou ukazovateľa alebo digitálnych meracích prístrojov. Aby bolo možné použiť digitálne elektronické počítače pri spracovaní výsledkov experimentu, je potrebné previesť analógový signál na digitálny pomocou analógovo-digitálneho prevodníka s použitím vhodných mikroobvodov. Schéma experimentu teda vyzerá takto: namerané hodnoty - snímače - analógovo-digitálny prevodník - mikrokalkulátor MK-64 alebo počítač "Yamaha". Podľa tohto princípu bola navrhnutá univerzálna elektromechanická demonštračná inštalácia na štúdium zákonov o plyne v školskom kurze fyziky. Hodnoty tlaku, objemu a teploty namerané v experimente sú postupne fixované na demonštračnom digitálnom indikátore a privádzané do počítačovej dátovej zbernice, ktorá zobrazuje grafy všetkých možných vzťahov medzi tlakom, objemom a teplotou na obrazovke. Po vykreslení grafov sa číselné hodnoty týchto veličín vložia do pamäte RAM počítača a môžu sa zobraziť na obrazovke vo forme tabuľky skúseností a použiť na kvantitatívne výpočty. Žiaci tak majú možnosť súčasne sledovať kvantitatívne a kvalitatívne charakteristiky procesov plynov.

Praktické hodiny sú jednou z najdôležitejších súčastí biomedicínskeho vzdelávania. Experimenty in vivo a in vitro sa vo veľkej miere využívajú na to, aby pomohli študentom získať praktické experimentálne zručnosti, ale rovnako dôležitou úlohou je upevniť a pochopiť faktografický materiál získaný na prednáškach, seminároch a z učebníc. Hoci sa používanie laboratórnych zvierat na tento účel stalo tradíciou, tento prístup má svoje nevýhody. Skúsme uviesť niektoré z nich:

Nastavenie experimentu je pomerne komplikované a niekedy si vyžaduje značné investície času.

Z predchádzajúceho odseku vyplýva, že za dané časové obdobie je možné testovať len obmedzený počet liekov.

Experiment môže byť náročný na zdroje a pri navrhovaní štúdie môžu prevládať ekonomické úvahy.

Experiment na zvieratách je vždy spojený s morálnymi a etickými obmedzeniami, ktorých témou je aj táto esej.

Počítačové modelovanie používané v medicínskom vzdelávaní možno rozdeliť do nasledujúcich kategórií:

- počítačové textové simulátory vytvoriť slovný popis situácie, v ktorej používateľ vyberie jednu z niekoľkých preddefinovaných odpovedí. Na základe prijatej odpovede počítač vygeneruje nasledujúcu situáciu. Keďže sú založené len na textových informáciách, takéto simulátory sa dajú relatívne ľahko naprogramovať a vyžadujú si málo počítačových zdrojov. V súčasnosti sú však tieto kritériá čoraz menej relevantné a textové simulátory sa dnes používajú pomerne zriedka.

- počítačové grafické simulátory znovu vytvoriť grafické znázornenie situácie na displeji, často na vysvetlenie farmakokinetických a farmakodynamických procesov spojených s užívaním lieku. Zvyčajne sa ako zariadenie rozhrania používa iba „myš“. Aj keď takéto simulácie prispievajú k pochopeniu a asimilácii látky, zvyčajne nerozvíjajú u študentov praktické zručnosti. Hlavným účelom ich použitia je vysvetliť niektoré abstraktné pojmy dostupným a nenákladným spôsobom. Takéto simulátory sú obzvlášť vhodné na simuláciu fyziologických a farmakologických procesov.

Sniffy-TheVirtualRat

Ako jeden príklad modelovania laboratórneho zvieraťa možno uviesť známy program Sniffy - The Virtual Rat, ktorý umožňuje simulovať správanie skutočného potkana, avšak bez všetkých nevýhod použitia skutočného zvieraťa. Program umožňuje študentom reprodukovať klasické experimenty o štúdiu fyziológie učenia (vývoj podmienených reflexov atď.). Je možné realizovať vlastný experimentálny plán, využiť rôzne stimulačné faktory atď. Za povšimnutie stojí premyslené užívateľské rozhranie a skvele prevedená počítačová grafika, ktorá veľmi presne simuluje pohyby skutočného potkana.

Simulácia laboratórnych potkanov v akcii – Sniffy The Virtual Rat

Cvs potkanov (kardiovaskulárny systém)

Program Rat CVS simuluje experiment o účinkoch rôznych liekov na kardiovaskulárny systém potkanov. Program umožňuje registrovať zmeny systémového arteriálneho tlaku, tlaku vytvoreného v ľavej komore, venózneho tlaku, sily a frekvencie srdcovej kontrakcie. Simulácia spinálnej krysy je tiež možná. Experimentátorovi je možné injekčne aplikovať rôzne lieky v požadovaných dávkach (digoxín, atenolol, izoprenalín, losartan atď.), stimulovať nervový systém (vagusový nerv atď.). To všetko sprevádza vizualizácia zmien parametrov kardiovaskulárneho systému v reálnom čase.

Program je možné použiť ako na výučbu študentov, tak aj na kontrolu - potkanovi môžete "vpichnúť" neznáme drogy, aby ste ich mohli určiť študentom. Krysí CVS vyvinul John Dempster z University of Strathclyde.

Potkan CVS - injekcia adrenalínu v dávke 10 mcg / kg