В статье рассматриваются основные вопросы, возможности и эффективности использования метода моделирования в практических занятиях по информатике в вузе. Особое внимание уделяется организации и планирование практические занятия с использованием моделирования.
Ключевые слов: моделирование, компьютерное моделирование, организация, планирование и эффективность использования метода моделирования в среде Excel.
Современное развитие информационных технологий и уровень распространения информационных технологий в высшем образовании позволяют преподавателю сегодня использовать компьютер как повседневное средство обучения. Возможности использования компьютера с его периферийными устройствами на практических занятиях огромные.
Одним из эффективных направлений использования компьютера на практических занятиях по информатике является компьютерное моделирование. Математическое моделирование и компьютерное моделирование может служить мощным средством решения различных учебных задач в практических занятиях, причём, не только познавательных, но и эвристических.
Одним из наиболее перспективных направлений использования информационных технологий в высшем образовании является компьютерное моделирование физических процессов и явлений. Рост компьютеризации вуза дает возможность каждому преподавателю использовать на своих занятиях информационные технологии, что с одной стороны, активизирует внимание студентов и усиливает их интерес к занятию, а с другой — облегчает работу студентов и преподавателя.
Компьютерные модели легко вписываются в традиционных практических занятиях, позволяя преподавателю продемонстрировать на экране компьютера многие эффекты, а также позволяют организовать новые нетрадиционные виды учебной деятельности.
Под моделью мы понимаем систему, неотличимую от моделируемого объекта в отношении некоторых свойств, которые полагают существенными, и отличимую по всем остальным свойствам, которые полагаются несущественными; при этом отсутствие в модели несущественных элементов не менее важно, чем присутствие в ней существенных.
Исходный объект и его модель понимаются как системы. Понятие системы в свою очередь предполагает: наличие элементов, ее составляющих, наличие связей между ними; целостность системы, наличие свойств и у модели и у ее объекта, которые проявляются как через отношения между элементами модели, так и через отношения с внешними объектами.
В практических занятиях по информатике модели нужны для того, чтобы:
a) понять сущность изучаемого объекта: какова его структура, основные свойства, законы развития и взаимодействия с окружающим миром;
b) научиться управлять объектом или процессом и определить наилучшие способы управления при заданных целях и категориях;
c) прогнозировать прямые и косвенные последствия реализации заданных способов и форм воздействия на объект;
d) решать прикладные задачи.
Моделирование-процесс создания и исследования модели.
Моделирование может быть связано с моделированием для других дисциплин. При этом реализуются между предметные связи, происходит обогащение информатики содержательными задачами, а конкретных наук — мощными средствами решения задач, интеграции образования в целом. Студенты видят пользу от информатики, громадную область приложения полученных при ее изучении знаний. Следовательно, повышается интерес к обучению в целом.
Моделирование играет подчиненную роль: оживить изучаемый материал. Несмотря на недостаточное владение студентам математическим аппаратом, активная опора на информационные технологии позволяет успешно применять математические знания, например, при решении математических задач. Здесь можно применять известные программные средства, такие как электронная таблица MS Excel, математические пакеты MathCAD, MathLab, Maple и др.
Информатика — предмет, в котором много внимания уделяется практическим навыкам работы в различных программных средах. Одной из таких программ является электронная таблица Excel. Она предназначена для работы с числовой информацией: представлению ее в различных форматах, вычислениями по формулам и функциям, построению разнообразных графиков и диаграмм. Именно поэтому электронные таблицы являются идеальной средой для моделирования.
В них можно построить как простые наглядно-образные модели, основанные на возможности форматирования ячеек, так и сложные вычислительные модели, основанные на умении использовать формулы и функции.
Применение электронных таблиц на занятиях по информатике может сократить время при проведении однотипных расчетов, например при выполнении практических и лабораторных работ, где требуется рассчитывать одни и те же математические величины для нескольких опытов.
Использование электронных таблиц Excel на практических занятиях по информатике обусловлено следующими причинами:
а) функциональные возможности программы Excel заведомо перекрывают все потребности по автоматизации обработки данных эксперимента, построению и исследование моделей;
б) универсальная программа Excel обладает стандартным интерфейсом;
в) изучение Excel предусматривается программами общего образования по информатике, следовательно, возможно эффективное использование Excel в условиях осуществления межпредметных связей с информатикой и другими учебными дисциплинами, например, с математикой;
г) данная программа отличается доступностью в изучении и простотой в управлении, что принципиально важно как для ученика, так и для учителя;
д) результаты деятельности на рабочем листе Excel (тексты, таблицы, графики, формулы) «открыты» пользователю.
Программные средства Excel обладает едва ли не самым богатым инструментарием для работы с графиками. Excel позволяет с использованием приемов автозаполнения представлять данные в табличной форме, оперативно их преобразовывать с использованием огромной библиотеки функций, строить графики редактировать их практически по всем элементам, увеличивать изображение какого-либо фрагмента графика, выбирать функциональные масштабы по осям, экстраполировать графики и т. д.
Цель практического занятия с использованием метода моделирования в информатике является, показать применение программного средства для решения задач, совершенствовать навыки составления математических моделей, проверить умение студентов выделять свойства объекта, существенные для решения задачи.
Моделирование начинается со знакомства с новым материалом, с новыми понятиями. Затем описывается процедура проведения занятия. План практического занятия с использованием метода моделирования по информатике состоит из следующих этапов:
1. Повторение основных этапов решения задачи на компьютере.
2. Решение задачи на моделирование в среде Excel с подробным разбором.
3. Решение задачи.
4. Обучающая практическая работа на закрепление навыков составления модели.
5. Подведение итогов занятие.
В начале практического занятия вводится понятие моделирование, место моделирования в деятельности человека, основные этапы моделирования, понятие компьютер-
ного эксперимента.
При организации учебной деятельности студентам сочетаются различные методы. При выборе и сочетании методов обучения преподавателю информатики необходимо руководствоваться соответствием методов целям и задачам обучения и каждого конкретного занятия.
Процесс разработки моделей и их исследования на компьютере можно разделить на несколько основных этапов:
- постановка задачи;
- оценка имеющейся информации и выбор плана создания модели;
- создание модели;
- проверка адекватности модели;
- получение решения задачи с помощью модели.
Рис.1.
Особенности построения моделей для электронной таблицы, построение математических моделей. Построение модели рассматривается по схеме (рис.1.).
Занятия построены таким образом, что начальные задания содержат подробный алгоритм выполнения, и студенты шаг за шагом проходят все этапы компьютерного моделирования от постановки задачи до анализа полученных результатов. Затем студенты выполняют индивидуальные задания, закрепляя теоретический материал. Приобретенные студентами знания и практические навыки компьютерного моделирования позволят им в дальнейшем профессионально совершенствоваться в среде новых компьютерных технологий.
Моделирование может быть также связано с моделированием собственных, внутренних объектов информатики: редакторов, исполнителей. При этом происходит логическое завершение курса информатики. Это ведет к уверенности в собственных силах, закреплению интереса к информатике, прочности знаний. Таким образом, достигаются общеобразовательные цели, формируется компьютерная образованность.
Проведение интегрированных занятий и использование метода моделирование на практических занятиях по информатики предоставляет большие возможности для формирования навыков математического моделирования, позволяющего расматривать различные варианты развития исследуемого процесса и выбрать альтернативную стратегию поведения, что обеспечит в будущей профессиональной деятельности нахождение согласованного решения в сложной, противоречивой ситуации.
Хорошо подготовленная и организованная занятия раскрывает связь между разными идеями, отражает альтернативные точки зрения, рассматривает все объяснения фактов, сомнения в достоверности выводов, а также занятия мотивирует дальнейшее обучение. Студенты самостоятельно формулируют, обосновывают и выражают идеи и представления, самостоятельно постигает ведущие понятия и идеи, при помощи анализа, синтеза, обобщения материала вырабатывает ценностные суждения о методах, решениях, идеях.
Таким образом, использования метода моделирование в среде Excel на практических занятиях по информатики в сочетании с принципом деятельности повышает интерес к знаниям, позволяет облегчить процесс их усвоения, способствует развитию познавательного интереса и активизации учебно-познавательной деятельности студентов.
Литература:
1. Королев А. Л. Компьютерное моделирование. –М.: Бином, 2010.
2. О. К. Мясникова. Моделирование и формализация в курсе информатики. // Информатика и образование, № 11–2003.
