Организация исследовательской и проектной деятельности учащихся на уроках информатики через модельный метод
Submitted by Елена Михайловна Коптева on Fri, 11/02/2011 - 00:05
Организация исследовательской и проектной деятельности учащихся на уроках информатики через модельный метод
В условиях стремительно возрастающего объёма информации, которая используется для практической жизни и в научных исследованиях, человеку необходимо обладать не только некоторой фиксированной суммой знаний, умений и навыков, но, главное, уметь ориентироваться в информационном пространстве, быть способным ставить перед собой цель, достигать её, не ущемляя прав окружающих людей, уметь адекватно себя оценивать.
Приоритет деятельностных целей требует новых подходов к организации процесса обучения, новой системы взаимодействия между учителем и учеником, новых методов работы.
Проектная деятельность направлена, прежде всего, на создание некого нового продукта, будь то школьная газета, презентация или работающая предпринимательская схема. Однако продукт – это лишь один из компонентов проекта, пусть и необходимый. Итогу, результату предшествуют замысел, собственно проектирование (планирование, анализ и поиск ресурсов) и сам процесс реализации. В краткой форме это выглядит так: задумал – спроектировал – осуществил (то есть получил продукт). Учиться делать проекты нужно для того, чтобы понимать, что хорошая идея сама по себе ещё не решает исхода дела, необходимо представлять себе, каков механизм её реализации, как будет выглядеть конечный продукт, чтобы, осуществляя проект, научиться добывать нужную информацию, сотрудничать с партнёрами, руководить другими людьми, делать что-то своими руками. Другими словами, формировать информационные, коммуникационные, организационные и иные производственные умения. При этом само содержание проекта почти не имеет значения. Его результат (продукт) в принципе может быть никому не нужен.
Исследовательская деятельность – это, прежде всего, профессиональная деятельность, в то время как проекты в том или ином виде приходится осуществлять каждому, на любительском уровне. Например, ремонт в квартире – это самый настоящий проект. В исследовании мы отталкиваемся от явления (процесса), которое вызывает у нас определённые вопросы. Затем это явление подвергается описанию на каком-то формальном языке – с помощью чисел, графиков, схем, получаемых, как правило, на основании измерений. И уже это описание позволяет строить объясняющую модель явления, которая проявляется в наблюдениях и экспериментах. Коротко: явление – описание – модель. Целью исследовательской деятельности является «хорошая» модель явления. А одна из целей исследовательского обучения – поддерживать врождённое детское любопытство, которое слишком часто улетучивается за время обучения в школе, и снабжать его инструментарием, показывающим, что мы можем успешно познавать мир. Умения, которые формируются в процессе исследовательского обучения, - это как раз и есть способы установления, описания и объяснения фактов: наблюдение, измерение, проведение экспериментов, построение эмпирических зависимостей, индуктивных рассуждений и моделей.
Полноценное учебное исследование практически невозможно вместить в рамки традиционного урока. Просто не хватает времени, чтобы неторопливо и вдумчиво пройти этот сложный процесс этап за этапом. Однако на уроке можно отрабатывать отдельные элементы исследовательского метода.
Реалистическое начало исследуемых явлений и создаваемых проектов в значительной мере воплощено в понятии модели. Не осознавая реальности, человек никогда не выработает адекватных способов жизни и деятельности и, говоря современным языком, никогда не станет успешным ни в каком смысле.
Модель
Модель – это упрощённое представление о реальном объекте, процессе или явлении.
Модели используются для изучения любых объектов (явлений, процессов), для решения самых разнообразных задач. Модель определяется, как некий объект (система), исследование которого служит средством для получения знаний о другом объекте (оригинале). Во всех случаях между моделью и оригиналом имеется определенное соотношение, которое показывает, в каком смысле оригинал и его модель подобны, аналогичны. Модель всегда отличается от оригинала, но в каком-то отношении она аналогична ему. Часто модели используются для замещения объекта каким-либо другим, более удобным в данных условиях. Моделирование используется очень широко в педагогических целях. При этом важно учитывать, что модели всегда строятся и выбираются человеком для определенных целей, а не даны изначально. Поэтому для одного и того же объекта можно построить разные модели.
Моделирование – построение и изучение моделей с целью получения новых знаний или дальнейшего совершенствования характеристик объектов исследования. Моделирование – метод научного познания объективного мира с помощью моделей.
Модель необходима для того, чтобы:
Ø понять, как устроен реальный объект: какова его структура, основные свойства, законы развития и взаимодействия с окружающим миром;
Ø научиться управлять объектом или процессом: определить наилучшие способы управления при заданных целях и критериях (оптимизация);
Ø прогнозировать прямые и косвенные последствия реализации заданных способов и форм воздействия на объект.
Модель – это инструмент решения реальных, а не выдуманных авторами учебников задач. Она приучает находить главное, отбрасывать второстепенное, самостоятельно принимать решения. Но модель – это не только решение задач. Работа, общение, игра и другая деятельность человека не возможна без моделей. Даже алгоритм – это всего лишь модель жёстко регламентированного вида деятельности. Поэтому деятельность как основа современного образования должна быть подкреплена привязкой к реальности. Реальность даёт человеку опору в оценке его поступков.
Через понятие модели информатика становится интегрирующей наукой для других предметов. Соединяя в одно целое текст, «цифру», звук, видео, модель становится несущей конструкцией современной информационной образовательной среды. Идеи моделирования сегодня активно внедряются во все школьные предметы – от математики до истории. Освоение моделирования как основного инструмента познания и практической деятельности человека становится одной из стратегических целей образования.
Информатика как самый молодой и мобильный предмет быстрее других прошла процесс перехода от алгоритмизации к моделированию.
Согласно стандарту образования изучение информатики и информационных технологий должно быть направлено на достижение следующих целей:
В основной школе - освоение знаний, составляющих основу научных представлений об информации, информационных процессах, системах, технологиях и моделях;
В старшей школе на базовом уровне -овладение умениямиприменять, анализировать, преобразовывать информационные модели реальных объектов и процессов, используя при этом информационные и коммуникационные технологии (ИКТ), в том числе при изучении других школьных дисциплин;
Встаршей школе на профильном уровне-освоение и систематизация знаний, относящихся к математическим объектам информатики; построению описаний объектов и процессов, позволяющих осуществлять их компьютерное моделирование; средствам моделирования; информационным процессам в биологических, технологических и социальных системах.
Использовать приобретенные знания и умения в практической деятельности и повседневной жизни для:
• создания простейших моделей объектов и процессов в виде изображений и чертежей, динамических (электронных) таблиц, программ (в том числе – в форме блок-схем);
• проведения компьютерных экспериментов с использованием готовых моделей объектов и процессов.
Уже созданы и работают на новые цели учебники, методические пособия, сборники задач, компьютерные программы:
· Учебно-методический комплекс под редакцией Н.В. Макаровой
· Учебно-методический комплекс Н.Д. Угриновича
· Информационные системы и модели. Элективный курс: Учебное пособие + Практикум. Семакин И.Г., Хеннер Е.К.
Моделирование на пропедевтическом уровне (в 5-6 классе)
1. Моделирование окружающего мира в среде графического редактора
Примеры: план местности, план посадок на садовом участке, план посадок цветов на клумбе, план комнаты или квартиры.
2. Конструирование – один из способов моделирования. Конструирование предполагает разработку совместимых типовых элементарных объектов (деталей) и создание более сложных объектов из этих деталей. Объект, подлежащий моделированию, разбивается на более мелкие детали. Создаётся набор типовых деталей (меню готовых форм) и на их основе конструируются новые объекты.
3. Моделирование ситуаций
4. Учебные модели
5. Моделирование составных документов
• Поздравительная открытка,
• Пригласительный билет,
• Меню столовой или кафе.
Моделирование на базовом уровне
Моделирование как метод познания
Классификация моделей
Основные этапы разработки и исследования моделей на компьютере
Построение и исследование информационных моделей
Моделирование в электронных таблицах
Задания на понятие модели и классификацию моделей:
Моделью чего является: планетарий, басня, игра «Монополия».
Почему для изучения планеты Земля создана модель глобус?
Какие свойства исходного объекта сохраняются в авиамодели, у робота, в модели кристаллической решетки вещества, на картине «Корабельная роща»?
Определите вид модели: график функции, закон всемирного тяготения, клавиатурный тренажёр, продувание автомобиля в аэродинамической трубе, испытание нового лекарственного препарата на животных, таблица наблюдений за погодой.
Знаковым воплощением какой модели является составление фоторобота человека?
Почему для изучения звёздного неба на картах не изображают все известные звёзды?
Упражнения:
1. Постройте информационные модели вашей комнаты (например, графическое представление и словесное описание). Какую из этих моделей вам легче построить?
2. Постройте какую-либо математическую модель вашей комнаты, например, с целью вычисления объема комнаты или определения того, какой процент площади пола свободен от мебели.
3. Рассмотрим в качестве явления какую-нибудь мелодию. В каком виде можно построить модель данного явления? Постройте эту модель.
4. Постройте несколько моделей движения маятниковых часов. Сравните эти модели.
5. Приведите примеры реализации отношения «больше» в разных предметных областях. Какую из указанных вами реализации данного отношения можно рассматривать как модель другой реализации этого же отношения?
6. Еще раз прочитайте вопрос 5. Если можно, постройте графическую модель. Объясните ваши действия.
7. Формализуйте условие следующей задачи: арбуз весит три килограмма и еще пол-арбуза. Сколько весит арбуз?
Основные этапы разработки и исследования моделей на компьютере
Моделирование – творческий процесс. Заключить его в формальные рамки очень сложно. В наиболее общем виде его можно представить поэтапно.
I этап. Постановка задачи
Ø Описание задачи
Ø Цель моделирования
Ø Анализ объекта
II этап. Разработка модели
Ø Информационная модель
Ø Знаковая модель
Ø Компьютерная модель
III этап. Компьютерный эксперимент
Ø План моделирования
Ø Технология моделирования
IV этап. Анализ результатов моделирования
Четвертый этап показывает, соответствуют ли полученные результаты цели или не соответствуют. В последнем случае, необходимо вернуться либо на второй, либо на третий этапы.
Примеры заданий на построение и исследование модели:
В кабинете математики решили сделать ремонт. Сколько потребуется материала, чтобы сшить новые занавески?
Гражданина N протопили соседи, после чего у него испортилась часть потолка. Какую компенсацию должны будут выплатить виновники для производства частичного ремонта?
Вы решили испечь торт. Сколько денег вам понадобится, чтобы осуществить замысел?
Узник решил сбежать из замка Иф. Сколько времени ему понадобится, чтобы осуществить побег?
Участок цеха производит матрацы. Требуется определить количество материала, необходимое для выполнения участком месячного плана.
Охотники решили поймать живого медведя. Для этого они сделали яму-ловушку. Удастся ли поймать медведя?
Во время ремонта корабля потребовалось заменить стекло иллюминатора. Имеется стекло прямоугольной формы. Удастся ли с его помощью отремонтировать иллюминатор?
Участок цеха по производству туристического снаряжения выпускает брезентовые палатки. Требуется определить количество брезента, необходимое для выполнения участком месячного плана.
Через иллюминатор затонувшего корабля требуется вытащить сундук с драгоценностями. Удастся ли это сделать?
Охотники решили поймать жаворонка. Для этого они изготовили сеть. Удастся ли поймать птицу?
В процессе подготовки к недели МИФ, в школе решили оформить стенд с помощью стенгазет. Сколько стенгазет потребуется?
Моделирование на предпрофильном и профильном уровне
Построение моделей в разных областях знаний позволит ребёнку профессионально определиться. С помощью такого курса ребёнок сможет «пройти через последовательность ситуаций, близких к реальным и требующих от него компетентных действий, оценок, рефлексии приобретённого опыта» (В. В. Сериков).
Построение и исследование информационных моделей:
• Вероятностные модели: вычисление площадей сложных фигур и решение задач методом Монте-Карло;
• Математические модели: приближённые методы решения уравнений (графический метод и метод половинного деления);
• Построение и исследование информационной модели физического процесса;
• Информационные модели развития популяций;
• Модели управления;
• Геометрические модели.
Заключение
Модельный метод в современной литературе рассматривается как завтрашний день образования. При его использовании учащимся предоставляется возможность организации самостоятельного творческого поиска. Данный метод, применимый на любой ступени преподавания информационных технологий, является интегрируемым.
Использование современного ПО позволяет поручить процесс вычисления компьютеру, а внимание уделить формализации, математической формулировке проблемы, выводу необходимых соотношений.
Такой подход сохраняет интерес к решению проблемы, позволяя сконцентрироваться на понимании сущности моделирования, на анализе и интерпретации результата, творческой работе с моделью, варьируя параметры модели, работая над поиском более выгодных (оптимальных) решений.
