Компьютерное моделирование

1.10. Компьютерное моделирование

Известно, что системный анализ – это целенаправленная творческая деятельность человека, на основе которой обеспечивается представление объекта в виде системы. Процессы изучения и использования свойств системы становятся определяющими и решающими для успешной практической деятельности. Одним из современных инструментов системного анализа и синтеза систем является информационное (абстрактное) моделирование, проводимое на компьютерах. Информационные модели могут имитировать существенные черты объектов-оригиналов и достаточно точно воспроизводить их поведение.

В 9-ом классе большое внимание уделяется исследованию. С этой целью учащиеся занимаются моделированием объектов, процессов, явлений из любых предметных областей в ранее освоенной программной среде.

Таким образом, одной из сильнейших сторон информатики является ее интегративный характер. Используя идеологию системного подхода, можно изучать объекты и процессы из разных предметных областей, используя для этого современные компьютерные средства и методы. Следует отметить, продуктивный характер подобной деятельности, в основу которой заложена ориентация на исследование и творчество. При этом помимо развития системного мышления может быть достигнута не менее важная цель – закрепление знаний и умений, полученных учеником на других школьных предметах.

Цель курса – научить моделированию, подробно рассматривая каждый этап моделирования на примере большого количества задач. Основное внимание уделяется этапу формализации задач и разработке информационной модели изучаемого объекта или системы. В зависимости от типа задачи моделирование проводится в системе графического редактора и текстового процессора.

В основе данного курса лежит формирование теоретической базы и овладение учащимися конкретными навыками использования компьютерных технологий в различных сферах человеческой деятельности.

К теоретической базе мы относим знание общих принципов решения задач с помощью компьютера, понимание того, что значит поставить задачу и построить компьютерную модель, знание основных способов алгоритмизации. Навыки использования информационных технологий предполагают умения работать с готовыми программными средствами.

В соответствии с этим занятия делятся на теоретическую и практическую части. На теоретической части создаются компьютерные модели и алгоритмы решения задач. В ходе практических работ учащиеся пишут программы и проводят компьютерные эксперименты.

Программа курса «Компьютерного моделирования» для 9 классов рассчитана на 18 учебных часов: 6 ч. отводится на теоретические занятия и 12ч. – на компьютерные эксперименты.

В результате изучения курса учащиеся должны:

Знать классы задач, ориентированные на моделирование в том или ином процессоре;

Иметь представление о компьютерном конструировании;

Знать структуру информационных моделей;

Знать технологию работы в среде графического и текстового редакторов;

Уметь составлять и проводить поэтапное моделирование, осуществлять компьютерный эксперимент.

Касаясь методики обучения, следует сказать о необходимости активизации познавательной деятельности, расширения и разнообразия заданий творческого характера.

В целом же использование того или иного метода определяется характером учебного материала.

Программа курса «Компьютерное моделирование» Название темы

1. Информационные основы процессов управления.

1.1. Понятие модели.

1.2 Информационная модель объекта.

2. Основы классификации объектов.

2.1. Классификация моделей.

2.2 Инструменты моделирования.

2.3 Этапы моделирования

3. Моделирование в среде графического редактора

3.1 Представление о моделировании в среде графического редактора

3.2 Моделирование геометрических операций.

3.2.1. Деление отрезка на n равных частей

3.2.2. Построение окружности, заданного радиуса и определение ее центра

3.2.3. Деление угла пополам

3.2.4. Построение равностороннего треугольника с заданной стороной

3.2.5. Построение треугольника по трем сторонам.

3.3. Конструирование- разновидность моделирования

3.3.1. Моделирование паркета из набора геометрических объектов.

3.3.2. Конструирование из мозаики. Создание меню мозаичных форм.

3.3.3. Создание геометрических композиций из готовых мозаичных форм

3.3.4. Создание узоров для лоскутной мозаики.

3.3.5. Трехмерное конструирование из кирпичиков. Создание набора кирпичиков для конструирования.

3.3.6. Моделирование расстановки мебели

3.3.7. Создание меню строительного конструктора. Моделирование композиций с помощью строительного конструктора

4. Моделирование в среде текстового процессора

4.1. Словесные модели.

4.2. Моделирование составных документов.

4.2.1. Поздравительная открытка

4.2.2. Наградной диплом

4.2.3. Афиша

4.2.4. Научный текст

4.3. Структурные модели

4.3.1. Протокол классного собрания

4.3.2. Разбор предложения с помощью составления схем

4.3.3. Создание схем классификации объектов

4.4. Алгоритмические модели

4.4.1. Кто есть кто?. Создание таблицы и решение логических задач.

4.4.2 Создание фрагмента расписания уроков

Программное обеспечение курса

Операционная система Windows, графический редактор Paint, текстовый процессор Word.

Методическое обеспечение курса

Информатика. 7-9 класс. Базовый курс. – М.: ЛБЗ, 2003.

Информатика.7-9 класс. Задачник по моделированию/Под ред. Н.В.Макаровой. – СПб.: Питер, 2007

2.АНАЛИЗ

Информатика в школе, что это?

Дисциплина информатика все больше и больше завоевывает в школе положение ведущей. Основные причины этого очевидны:

компьютер, особенно с Интернетом, сконцентрировал огромный объем знаний по любым отраслям;

способы получения этих знаний просты, удобны, разнообразны, наглядны;

процессы обучения с использованием IT (информационных технологий) обладают неоспоримыми преимуществами по сравнению с обычными;

при правильном использовании накопленных знаний уровень развития человека в духовной сфере, в сфере физического здоровья, в сфере технологических навыков ограничен только собственной ленью.

А вот чтобы эти, пока что, по большей части красивые декларации приблизились к реальной жизни, должен существовать механизм этого приближения.

Речь пойдет о преподавании информатики в школе, то есть о подготовке детей к наиболее полноценному использованию этого грандиозного информационного потенциала.

Нужно признаться, что, пока еще нет ни "общей национальной идеи" информационного образования, ни четкого общего порядка преподавания этой дисциплины. О том плохо это или хорошо наверное можно поспорить. Я имею сравнительно небольшой опыт работы преподавателя информатики (3 года), но опыт системного администратора заставляет меня высказать по этому вопросу свои мысли.

Желание поставить процесс образования на совершенно новую основу (с использованием информационных технологий), можно только приветствовать, НО! Объективная реальность задает очень много вопросов. Вот некоторые из них. Кто всему этому будет обучать?

2-3 учителя информатики на школу, которые сами в своей массе об обилии и разнообразии этих IT технологий где-то что-то слышали (именно слышали), потому, как наглядно продемонстрировать эти технологии не так то и просто. Об учителях-предметниках в возрасте уж лучше и не вспоминать, (простите!) Специалисты, то есть, но кто же за такую зарплату будет заниматься этим в школе.

Как это делать?

В любом приличном книжном магазине можно найти книгу практически по любому вопросу компьютерного образования. Но в основной массе это литературные произведения совершенно не приспособленные для школьного преподавания. А вот четкого, последовательного, целенаправленного, полного, законченного курса по определенной теме мне еще видеть не приходилось.

Ну что тут особенного, скажут многие, предмет, как предмет. А вот и нет, уважаемые, проснитесь, посмотрите вокруг, компьютерные технологии просочились во все сферы жизни. А потому преподавание информатики стало совершенно отдельной историей, а также математикой, физикой, логикой, электроникой.

Процесс познания и закрепление практических навыков использования компьютерных технологий очень сильно отличается от штудирования первоисточников и отработки навыков каллиграфии. Результат непродуманного эксперимента с компьютером может быть намного серьезней, чем последствия физического или химического опыта.

Процесс изучения IT технологий начать можно, а вот закончить нельзя, отрасль то постоянно развивается, технологии кардинально меняются каждые 3-5 лет.

Серьезная сложность возникает и в том, что ученики сейчас с точки зрения компьютерной подкованности очень разные. Одни уже пробовали для себя что-то программировать, на ты с WORD-ом, EXCEL-ем и Интернетом. Другой же с трудом попадает указателем мыши в ярлык на рабочем столе, не говоря уже о знании назначения кнопок мыши и клавиш клавиатуры. Гибкий и индивидуальный подход это конечно здорово, но при такой разнице в навыках полноценно загрузить всех становится практически нереально.

Кто будет заниматься обслуживанием и администрированием.

Как выглядит обычный набор компьютерного класса? 10 ученических компьютеров + учительский, локальная сеть, выход в Интернет, а это уже немало. В силу своей принадлежности преподаватель информатики как будто бы обязан устанавливать, обновлять, удалять учебные материалы и программы, удалять, или архивировать учебные наработки, администрировать сетевые ресурсы, осуществлять антивирусный контроль, устранять результаты экспериментов нерадивых учеников, консультировать и помогать менее продвинутым коллегам. С подключением к Интернету администрировать доступ, контролировать работу межсетевых экранов, заниматься электронной почтой, публикацией и так далее, и так далее. Как видно объемы "посторонней" (непреподавательской) деятельности нарастают, как снежный ком. И с этим, наверное "надо же что-то делать". Но все это нужно еще и уметь, а все ли учителя это умеют.

Что все-таки изучать?

Вот мы научили ученика включать и выключать компьютер, запускать программы на рабочем столе, вводить текст с клавиатуры. А что дальше? В этой битве копий поломано много, а победа все еще призрачна.

Одни говорят: все пойдут в офисы и фирмы, давайте глубоко изучать офисные пакеты.

Другие говорят: нам нужны те, кто заставит компьютер делать то, что нужно, давайте нам программистов.

Третье утверждают, что, только, поняв логику работы сердца компьютера (процессора) и его окружения, можно стать настоящим компьютерщиком и залезают в дебри нижнеуровневой логики, построенных на ней вычислительных процессах и управлении.

Есть еще и те, кто говорят: нам нужны фундаменталисты. Давайте углубленно изучать логику, семантику, информационные процессы, моделирование, подробности формализации и алгоритмизации. До мелочей, типа отправки электронной почты все дойдут сами.

И вот преподаватели начинают, или выхватывать никому ненужные верхушки, или погружаться так глубоко, что становится непонятно, какое все это имеет отношение к школьной информатике.

Давайте отделим котлеты от мух.

При кажущемся всеобъемлющем охвате задач, решаемых информатикой, это все-таки конкретная отрасль знаний. Меня очень сильно беспокоит ситуация, когда на информатику грузят элементы высшей математики, физики или других предметов.

Как сказал кто-то из великих: любая задача может быть решена на компьютере, если она решена каким либо способом. Мне часто встречаются тестовые, экзаменационные, олимпиадные задания, которые требуют углубленного знания определенного чисто математического, физического или другого материала иногда даже за рамками школьного курса. В результате оба зайца остаются живы, то есть и математика и информатика остаются для некоторой части учеников темным лесом. Другое дело если технология, например, математического эксперимента разобрана по косточкам, разложена по полочкам, четкий вычислительный алгоритм отработан на уроке математики вот теперь в дело можно пустить вычислительные мощности компьютера. Есть например книга: "Тысяча заданий по программированию", автор M.Э. Абрамян, при выполнении задач которой, тоже требуется искать нестандартные подходы, наиболее эффективные решения, хотя с математическо-арифметической точки зрения все вроде бы ясно.

Другой яркий пример. Не секрет, что столкнувшись с высшей математикой в институтах, многие пасуют, когда требуется реализовывать ее алгоритмы в компьютерных программах и очень часто не из-за незнания языка программирования, а из-за непонимания механизма работы алгоритма с математической точки зрения. Есть предложение: неплохо бы взять за правило после любого теста или олимпиады участникам показывать или выдавать материалы о наиболее рациональном, эффективном решении поставленных перед ними задач.

Как глубоко все это изучать.

Доскональное знание изучаемого вопроса - это здорово но реальная жизнь далека от идеала. Например, в некоторых европейских странах программирование не изучают вообще, считая эту тему слишком заумной. Мне кажется, что и нам подходить к этому вопросу нужно мягче. Есть разные ученики. Мне, примерно 5 лет назад в сети попались исходники на Паскале какого-то ученика, которые я до сих пор считаю практически идеальными со всех сторон. Но такие случаи все-таки исключение. Мы учим программировать школьников, одновременно обучаясь сами. Я думаю немного профессиональных программистов встали на путь учителя информатики. В серьезном документе предлагается в 11-ом классе первое полугодие учить VB второе Delphy. Очень сильно сомневаюсь в полезности такой идеи. Для большинства учеников это будет скучно и ненужно. Уверен, что большинство, даже при таком подробном изучении не смогут написать сколь нибудь полезные программы. А от попугайского повторения стандартных или общеизвестных алгоритмов что толку? Зачем же в угоду меньшинству жертвовать большинством. А вот если у человека есть талант программиста, то он у него пробьется через упорное разгрызание профессиональных исходников и через длительное экспериментирование и обкатку собственных идей и творений. Понимание сути (основы) программирования не такой простой процесс, как может показаться на первый взгляд. Заучить то основы языка программирования можно, но вот наступит ли понимание этих основ, это еще вопрос.

Простой пример. Попросите любого ученика объяснить смысл операции присваивания, которая в BASIC выглядит, как A=10. Вы должны услышать примерно следующее: "Встретив такую конструкцию, программа где то в памяти компьютера отведет блок, на который будет указывать имя этой переменной - в данном случае A. В этот блок, размер которого определяется типом этой переменной: в данном случае числовым; поместит значение этой переменной: в данном случае число 10. В дальнейшем, когда в программе встретится где-то в выражении или другой конструкции имя этой переменной то будет использоваться не символ A, а значение этой переменной, то есть число 10 на которое указывает имя переменной A". А если вы не услышите такого ответа, то о каком объектном программировании может идти речь.

Так как же все-таки преподавать эту самую информатику. Я думаю, вряд ли кто совершенно точно сможет ответить на этот вопрос. А потому приходится пока, держаться золотой середины. И, беря за критерий оценки знаний пробную версию ЕГЭ по информатике, учащимся, которые в своей массе не впитали с молоком матери основы информационных технологий, эти основы и преподавать. Что им потребуется в жизни: Web-дизайн или Web-кодирование, программирование системное или прикладное, САПР или 3D-графика, офисные программы общего назначения или специализированные для научных экспериментов - кто знает? Сфера применения информационных технологий просто необъятна. Поэтому считаю своей задачей, как учителя информатики, показать возможности использования этих технологий как можно шире. Научить азам их использования и объяснить, что нужно, чтобы начать это делать по-настоящему. Вы спросите, почему только азам? Да потому, что не стоит надув щеки и напустив важности, представлять, что мы в школе двинем вперед компьютерную науку. Все ныне известные компьютерные специальности так серьезно и глубоко исследованы и перепаханы, что найти в этой почве жемчужину, могут люди, имеющие очень объемный багаж знаний и практики.

А потому, чем из большего количества этих замечательных специальностей информационных технологий школьник сможет выбрать для себя дело по душе, чем осознанней и свободней будет этот выбор, тем плодотворней в дальнейшем будет его работа и качественней ее результат. А не в этом ли состоит наша задача?

Заключение

Актуальность проблемы обусловлена необходимостью поиска оптимальных путей формирования информационной культуры учителя в процессе повышения квалификации в развивающемся информационном пространстве. Среди основных проблем информационного общества важными являются те, которые относятся к философско-образовательным основам стратегии развития образования в России, в том числе проблемы, связанные с информатизацией и компьютеризацией образовательного процесса, формированием информационной культуры личности.

В программе информатизации следует особое внимание уделить информатизации образования как направления, связанного с приобретением и развитием информационной культуры человека. Это, в свою очередь, ставит образование в положение «объекта» информации, где требуется так изменить содержание подготовки, чтобы обеспечить будущему специалисту не только общеобразовательные и профессиональные знания в области информатики, но и необходимый уровень информационной культуры. Для решения этой задачи в образовании необходим педагог, владеющий целостной информационной культурой, реализующий обучение, развитие и воспитание новых членов информационного общества.

В настоящее время в нашей стране идет становление новой системы образования. Еще XIX Генеральная конференция ЮНЕСКО определила современное образование как «непрерывное образование» (lifelong learning) (1997 г.) - «...неограниченное ни во времени относительно сроков обучения, ни в пространстве относительно методов обучения; оно объединяет всю деятельность и ресурсы в области образования и направлено на достижение гармоничного развития потенциальных способностей личности и процесса преобразования в обществе».

В условиях развития парадигмы непрерывного образования личности процесс информатизации педагогического вуза, направленный на формирование информационной культуры, инициирует:

- совершенствование методологии и стратегии отбора содержания, методов и организационных форм обучения в современных условиях информатизации образования;

- расширение возможностей обучения учителей посредством предоставления доступа к материалам и учебным системам самого различного содержания на основе информационных, компьютерных, виртуальных, коммуникативных технологий, а также создание потенциала в области обмена учебной и научной информацией;

- создание и применение новых информационных технологий, систем информационного обмена, обеспечивающих функции сбора, продуцирования, накопления, хранения и передачи информации.

В общетеоретическом и методическом планах к проблемам компьютеризации и информатизации образования обращалось большое число педагогов и ученых, среди которых важными являются исследования таких ученых, как А.П. Ершов (представления об информационной культуре личности), В.М. Монахов (информационные технологии в учебном процессе), B.C. Леднев (содержательные аспекты образования), Ю.С. Брановский, А.И. Бочкин (содержательные и методические вопросы обучения информатике и информационным технологиям), А.А. Кузнецов, М.П. Лапчик (подготовка педагогических кадров в области информатики), А.Л. Семенов (направления информатизации и компьютеризации учебного процесса), Э.Г. Скибицкий (проектирование целостных педагогических программных средств), А.Ю. Уваров (дистанционное обучение, телекоммуникационные проекты в учебном процессе) и многих других.

В то же время, в современной науке накоплен опыт, необходимый для постановки и решения указанной проблемы: разработаны различные концепции культуры личности (М.М. Бахтин, B.C. Библер Э.К. Маркарян); сформулированы подходы к определению концепта «информационная культура» (В.А. Виноградов, В.А. Каймин, Н.М. Розенберг, Э.В. Соколов, И.Е. Ширшов и др.). Несомненную ценность для определения сущности и роли информационной культуры личности представляют работы, посвященные общим проблемам культуры. Это исследования Р.Ф. Абдеева, К.А. Абульхановой-Славской, М.С. Кагана, В.З. Когана, Э.В. Соколова, И.Е. Ширшова и многих других.

Сегодня информационная культура учителя становится важнейшей составной частью его общей педагогической культуры. Вопросы подготовки будущих учителей-предметников в области информатизации образования в разных аспектах исследовалась в работах Г.А. Бордовского, Ю.С. Брановского, Ю.С. Зубова, В.И. Данильчук, И.В. Роберт, Я.А. Ваграменко, А.А. Кузнецова, В.В. Лаптева, М.П. Лапчика, В.М. Монахова, СВ. Монахова, А.В. Петрова, А.Д. Урсул и др.

Современная информационная подготовка учителей гуманитарного цикла в педагогических вузах пока в основном ориентирована на формирование отдельных знаний, умений, навыков в области информатики и информационных технологий; готовности к их применению в профессиональной деятельности, чего, однако, недостаточно в информационном обществе. Поэтому возникает проблема формирования информационной культуры учителя уже в системе дополнительного профессионального образования, повышения квалификации или профессиональной переподготовки. Учитывая современные требования к системе образования, многие ученые указывают на необходимость создания новых форм и методов обучения взрослых и предлагают варианты решения данной проблемы (С.Г. Вершиловский, В.Г. Воронцова, И.А. Колесникова, Ю.Н. Кулюткин, К.М. Ушаков, Э.М. Никитин, А.П. Ситник, Е.П. Тонконогая и др.).

Однако, интенсивность и эффективность применения информационных технологий в повышении квалификации учителей-предметников пока недостаточны. Главным препятствием на пути широкого и массового внедрения информационных и коммуникационных технологий в учебный процесс является не столько слабая материально-техническая база и отсутствие необходимого финансирования, сколько недостаточная профессиональная и психологическая готовность педагогов к их использованию.

Список использованных источников;

Электронные книги и обучение в Интернет Автор:Владимир Ткаченко Источник: http://www.lessons-tva.info/ Автор: ХОРУЖАЯ Анастасия Александровна Учитель начальных классов МОУ СОШ №3 п.Кубанский, Новопокровского района Краснодарского края( Использование информационно-коммуникационных технологий в учебно-воспитательном процессе (начальная школа). Статья: Кандидата педагогических наук, доцента кафедры спортивных дисциплин Российского государственного профессионально-педагогического университета, г. Екатеринбури (Целесообразность компьютеризации детских образовательных учреждений) Современные пользователи АБИС: проблемы обслуживания, изучения, обучения: Материалы научно-практической конференции. Санкт-Петербург. (Информатика и ИТ в образовании)Материалы конференции учителей г. Заозёрс Мурманской области