В статье приводятся примеры дидактических моделей. Особое внимание уделяется мультимедийным дидактическим моделям обучения, для реализации которых в обучении используется компьютерная техника. На базе компьютера могут создаваться особые дидактические материалы — учебные компьютерные модели. Такие модели предполагают использование при обучении наглядных образов изучаемых объектов. Рассматривается компьютерное приложение, реализующее такую модель. В нем в качестве визуализированного абстрактного объекта выступает система, состоящая из двух упруго связанных математических маятников.
Ключевые слова: математический маятник, компьютерное моделирование, 3D-моделирование, модель, упругая связь, обучение физике
В общей классификации моделей, используемых в обучении, можно выделить модели обучения, строящиеся для получения знания в контексте предмета [1], и дидактические модели. Дидактические модели, в свою очередь, относят к разряду теоретических, обобщающих и формирующих объективное знание.
Обучение проектируется с учетом индивидуальных особенностей обучающихся, поэтому в дидактических моделях их авторы часто делают акцент на отношения типа «обучающий — обучающийся», что дает основание считать их моделями индивидуального обучения [4]. К важным компонентам обучения относят методическую систему, предполагая, что правильный выбор методологических и методических основ обучения позволит выстроить если не эффективную, то оптимальную модель обучения. В этом случае последовательно решая ряд педагогических задач, можно прийти к планируемому результату [5, с. 8]. Именно поэтому часто обучение выстраивается на основе модели методической системы.
В обучении существенным является способ деятельности (система действий, ведущих к достижению цели), который также находит отражение в моделях обучения. Например, известна экспериментально-деятельностная модель обучения физике и другим естественнонаучным дисциплинам. Согласно этой модели, обучение осуществляется посредством экспериментальной деятельности, которая способствует формированию и усвоению знаний, формированию естественнонаучного мировоззрения, освоению научных методов познания, развитию обучающихся, освоению ими социального опыта общения [2]. Также известна мультимедийная дидактическая модель обучения, в которой особое место отводится техническому средству обучения — компьютеру, на базе которого функционирует моделирующая программа [3].
Процесс обучения неразрывно связан с передачей, обработкой и хранением информации, поэтому неотъемлемой частью модели обучения должна быть модель представления учебной информации. Существует вербально-графическую модель обучения, обеспечивающая подготовку обучающихся к осмысленному усвоению учебной информации. Важная роль в этой модели отводится представлению учебного материала с применением вербальных и графических средств моделирования. В этом случае проводится комплексное системно-деятельностное моделирование процесса обучения, которое происходит одновременно по трем направлениям: моделирование содержания обучения (ориентировка, информирование); моделирование мыслительного процесса (управление, контроль); моделирование коллективных форм обучения (общение, сотрудничество). Первичным является моделирование содержания, которое лежит в основе двух других видов моделирования.
Чаще всего обучающий использует моделирование при передаче учебного содержания. При этом он выполняет ряд действий моделирования: формирование понятий и представлений посредством обобщений; их формализацию; построение наглядных моделей изучаемых объектов; формирование информационно-логической модели учебного материала; построение моделей знаний; построение моделей в учебной деятельности и др. В этом случае модели могут использоваться для иллюстрации и выступать как средство усвоения учебного материала, или использоваться в исследовательской учебной деятельности.
Рассмотрим, что представляют собой используемые нами учебные компьютерные модели, на примере модели системы, состоящей из двух связанных математических маятников. Как правило, базой для такого моделирования выступает некоторая абстракция (в данном случае образ-модель — это система, состоящая из двух идеальных маятников с идеальной связью). Модель является интерактивной, управление ею происходит с помощью графического интерфейса программы, осуществляющей визуализацию образа-модели.
Итак, наша теоретическая модель представляет собой два математических маятника, связанных абсолютно упругой связью так, как это показано на рис. 1.
Рис. 1. Система, состоящая из двух упруго связанных математических маятников
Приложение имеет пять окон (рис. 2): 1) окно для визуализации образной модели — колебательной системы, состоящей из двух математических маятников, связанных упругой связью друг с другом; 2) окно для вывода мгновенных значений характеристик колебательной системы; 3) два окна для синхронного с движением колеблющихся тел вывода графиков зависимостей угловых координат тел, угловых скоростей и угловых ускорений маятников, а также фазовых диаграмм (зависимостей угловых координат тел от их угловых скоростей); 4) окно с элементами управления моделью. С помощью элементов, размещенных в последнем окне, можно изменять начальные параметры колебательной системы, останавливать виртуальный эксперимент в нужный момент, получая «мгновенный снимок» колебательной системы.
Программа может быть использована преподавателем при демонстрациях, сопровождаемых объяснениями нового учебного материала, а также учащимися в самостоятельных учебных исследованиях.
Эффективное применение информационных технологий в процессе обучения связано с изменением содержания образования, что выражается в появлении целостных интегральных областей знаний. Это позволяет преодолевать узкотематическое проектирование школьных дисциплин путем внедрения в обучение опыта различных форм и видов деятельности. Например, необходимость компьютерного моделирования явлений и процессов возникает сейчас не только при обучении физике и математике, но и других (не только естественнонаучных) учебных дисциплин.
Рис. 2. Приложение, моделирующее движение двух связанных круговых математических маятников
Литература:
- Гребенев И. В. Теория обучения и моделирование учебного процесса / И. В. Гребенев, Е. В. Чупрунов // Вестник Нижегородского университета им. Н. И. Лобачевского. –2007. — № 1. — С. 28–32.
- Данилов О. Е. Использование компьютерных моделей маятников при изучении механических колебаний / О. Е. Данилов // Дистанционное и виртуальное обучение. — 2015. — № 7. — С. 40–47.
- Данилов О. Е. Решение задач механики с помощью компьютерных моделей / О. Е. Данилов // Дистанционное и виртуальное обучение. — 2015. — № 3. — С. 40–48.
- Солодова Е. А. Математическое моделирование педагогических систем / Е. А. Солодова, Ю. П. Антонов // МКО. — 2005. — Ч. 1. — С. 113–119.
- Шелепаева А. Х. Поурочные разработки по информатике. Универсальное пособие: 8–9 классы / А. Х. Шелепаева. — М.: ВАКО, 2005. — 288 с.
