Учебно-методический комплекс изучения содержательной линии 'Моделирование и формализация'

  • Вид работы:
    Дипломная (ВКР)
  • Предмет:
    Информационное обеспечение, программирование
  • Язык:
    Русский
    ,
    Формат файла:
    MS Word
    72,68 kb
  • Опубликовано:
    2011-08-05
Вы можете узнать стоимость помощи в написании студенческой работы.
Помощь в написании работы, которую точно примут!

Учебно-методический комплекс изучения содержательной линии 'Моделирование и формализация'















Учебно-методический комплекс изучения содержательной лини «Моделирование и формализация»

Оглавление

Глава I.Теоретические основы создания учебно-методического комплекса содержательной линии «Моделирование и формализация»

1.1 Учебно-методический комплекс

1.2 Содержательные линии информатики

1.3 Содержательная линия информатики «Моделирование и формализация

Глава II. Разработка и проектирование учебно-методического комплекса содержательной линии «Моделирование и формализация»

2.1 Методика изучения содержательной линии «Моделирование и формализация»

2.2 Проектирование и разработка учебно-методического комплекса

2.2.1 Предпосылки и условия возникновения электронных учебно-методических комплексов

2.3 Конструирование учебно-методического комплекса

2.3.1 Конструирование содержания информационного модуля

2.3.2 Конструирование содержания операционного модуля

2.4 Конструирование учебно-методического комплекса содержательной линии «Моделирование и формализация»

Заключение

Литература

Введение

информатика методический моделирование формализация

Современный этап развития школьной информатики однозначно характеризуется как этап смены парадигм. Изжила себя идея введения основ информатики в школу как средства обеспечения «компьютерной грамотности молодежи». Компьютерная грамотность с позиций современного понимания целей и ценностей школьного образования уже не может рассматриваться как приоритетная задача изучения информатики в школе. Растущие объемы и необходимость ускорения информационной работы делают насущной ее автоматизацию. Для этой цели используются компьютеры, в том числе и персональные, и умение применять их в качестве инструмента в своей интеллектуальной деятельности становится одним из основных умений всех членов информационного общества независимо от их профессии.

Актуальность данного исследования обусловлена необходимостью изучения основ информатики и информационных технологий, прежде всего с огромным общеобразовательным потенциалом данного в плане формирования у учащихся информационно-коммуникационных компетенций (умений сравнивать преимущества и недостатки различных источников информации, выбирать соответствующие технологии поиска информации, создавать и использовать должные модели и процедуры изучения и обработки информации и т.п.). Все это требует новых подходов к преподаванию базового курса информатики с учетом современных тенденций развития содержания и методики его преподавания в контексте интеграции учебных дисциплин.

Здесь есть определенный повод для беспокойства. Многие учителя «с чистой совестью» фактически подменяют курс информатики изучением информационных технологий, мотивируя прикладной значимостью последних, другие - программированием (тоже важно для подготовки учащихся в технический вуз), третьи «не успевают» познакомить учащихся с основами логики или рассказать о компьютерных коммуникациях и т.п. Ситуация, разумеется, недопустимая для общеобразовательного предмета, входящего в федеральный компонент Базисного учебного плана.

Применение современных информационных технологий в обучении является одной из наиболее важных и устойчивых тенденций развития мирового образовательного процесса, что является закономерным проявлением информатизации всех сфер человеческой деятельности. В качестве одной из сторон процесса информатизации образования можно рассматривать подготовку пользователя, знающего возможности и сферу применения ИТ, умеющего использовать компьютер в учебной, а затем и профессиональной деятельности.

Одной из наиболее заметных тенденций в развитии школьного курса информатики является увеличение места информационных технологий в ее содержании. В обязательном минимуме содержания школьной информатики в числе изучаемых прикладных средств компьютерных информационных технологий перечислены: текстовые и графические редакторы, базы данных, электронные таблицы, средства компьютерных телекоммуникаций, технологии мультимедиа. Указанные средства относят к прикладному программному обеспечению общего назначения, владение которыми на сегодняшний день определяет общий уровень информационной культуры человека независимо от направления его профессиональной деятельности.

На первый план, как считает руководитель лаборатории теории и методики обучения информатики ИОСО РАО, д.п.н. С.А. Бешенков, должна выходить «подготовка не технолога-исполнителя, умеющего действовать по заранее заданным технологиям, а аналитика-технолога, умеющего создавать технологии, приспосабливать их к новым условиям». По его мнению, основы информатики в ее мировоззренческом понимании, и информационные технологии являются двумя сторонами единого целого, содержание которого может быть охвачено предметом «Основы информатики и информационных технологий».

Проблема исследования определяется противоречием между необходимостью совершенствования методики изучения содержательных линий информатики и наличием устаревших методик, которые на сегодняшний день не актуальны.

Для устранения данного противоречия многие учителя пытаются выбирать в качестве основы для построения содержания курса информатики конкретные средства и информационные технологии, разрабатывают авторские учебно-методические комплексы в поддержку своих курсов.

Таким образом, тема данного исследования Учебно-методический комплекс изучения содержательной линии «Моделирование и формализация».

Целью исследования является разработка учебно-методического комплекса для изучения содержательной линии информатики «Моделирование и формализация».

Объект исследования - процесс изучения образовательной линии информатики «Моделирование и формализация».

Предметом исследования являются содержание, методы, методика обучения применению учебно-методического комплекса в образовательной линии информатики «Моделирование и формализация».

Гипотеза исследования - обучение учащихся по образовательной линии информатики «Моделирование и формализация» будет более эффективной, если обучение проводить на основе современной методики и использовать при этом учебно-методический комплекс.

Исходя из цели и гипотезы исследования, были поставлены следующие задачи:

-  изучить учебно-методическую и научную литературу по теме исследования;

-  проанализировать имеющиеся методики изучения содержательной линии информатики «Моделирование и формализация»

-  разработать информационно-компьютерную среду для реализации учебно-методического комплекса.

Методологической основой исследования служат работы, посвященные исследованиям в области содержательной линии информатики «Моделирование и формализация» Бешенкова С.А., Ракитиной Е.А., Кузнецова А.А., Лапчика М.П., Стариченко Б.Е, Фридланда А.Я., Кюршунова А.С., Хмельниковой О.П., Парминов Е.А., Островской Е.М., Могилева А.В., Соловьевой А.Ф., Самылкиной Н.Н., Макаровой Н.В., Титовой Ю.Ф. и многих других ученых.

В ходе проведения исследования для решения поставленных задач предполагается использовать следующие методы: сравнение, анализ, опрос, наблюдение, проведение анкетирования, тестирования студентов, и статистическая обработка результатов исследования.

Теоретическая значимость исследования заключается в разработке и обосновании возможности изучения содержательной линии информатики «Моделирование и формализация» на основе использования учебно-методического комплекса.

Практическая значимость заключается в том, что разработанная информационно-компьютерная среда может быть использована учителями, ведущими занятия по информационным технологиям в рамках школьного курса информатики.

Глава I Теоретические основы создания учебно-методического комплекса содержательной линии «Моделирование и формализация»

.1 Учебно-методический комплекс

Существует несколько подходов к пониманию термина учебно-методический комплекс (УМК): традиционный - в котором он рассматривается, как система учебно-методических материалов, призванных помочь провести учебный процесс более эффективно и новый подход, в котором УМК это средство самой организации учебного процесса. В этом случае в УМК входят материалы не только помогающие учебному процессу, но и документы, описывающие сам процесс. Например, документы, структурирующие и описывающие способы структурирования содержания, документы, регламентирующие различные способы и формы контроля, их протяженность во времени и объем, документы, определяющие ресурсное обеспечение процесса. По сути, при таком подходе УМК превращается в основной документ, регламентирующий весь учебный процесс, в комплекс входят все материалы и документы, касающиеся учебного процесса. Необходимое условие создания такого комплекса его системность, все его компоненты должны быть взаимосвязаны и взаимозависимы. Возможно, такой подход к организации учебного процесса закладывает новую технологию обучения или правильнее будет сказать новую технологию организации обучения.

Основная проблема современного высшего образования это организация самостоятельной работы студента. Огромные информационные ресурсы, ставшие широко доступными в последние годы заставляют значительно пересмотреть традиционную роль преподавателя как основного источника и ретранслятора знаний. В новой, только формирующейся, образовательной парадигме его роль иная. Преподаватель в первую очередь организатор процесса, его технолог и мотиватор.

Основа современного образования - самостоятельная работа и это не дань моде, это реалии нашего времени. Причин тому множество: это и распространение всеобщего высшего образования, и вступление в эпоху информационного общества, и серьезнейшие экономические причины. Но очевидно, что самостоятельная работа это серьезный и сложно организуемый процесс, который должен заканчиваться конкретными, измеряемыми результатами. Учебно-методические комплексы это средство позволяющее достичь указанных выше результатов, органично встроить самостоятельную работу в общую канву учебного процесса, структурировать ее и определить мотивации.

Необходимо отметить, что существует два типа учебно-методических комплексов это УМК дисциплины и УМК специальности (направления). Эти комплексы, при сохранении общности подходов, довольно сильно различаются содержательно. Приведем обобщенные списки документов входящих в УМК (по материалам положений различных вузов).

Учебно-методический комплекс специальности.

Учебно-методический комплекс специальности представляет собой совокупность взаимосвязанных учебно-методических документов и материалов.

Основой УМКС является Государственный общеобязательный стандарт высшего профессионального образования по специальности.

Учебные планы разного назначения и формата.

Общая рабочая программа специальности, раскрывающая содержание подготовки специалистов в логической последовательности, базирующаяся на взаимосогласованных рабочих учебных программах дисциплин, методическая концепция их преподавания и изучения.

Планы непрерывной подготовки по фундаментальным дисциплинам, раскрывающих конкретные пути и методы использования аппарата этих дисциплин в других, особенно специальных, дисциплинах, а также указывающих содержание и формы учебной работы, обеспечивающие закрепление, пополнение и развитие фундаментальных и общепрофессиональных знаний студентов.

Нормативные требования (рейтинговые) к знаниям студентов.

Общая программа учебной и производственной практики студентов, представляющая собой единый методический документ, раскрывающий цели, задачи, содержание и методы практической подготовки студентов, последовательность и назначение ее конкретных этапов, их роль в формировании профессиональных умений и навыков специалиста.

Календарный график внеаудиторной самостоятельной работы студентов по семестрам с указанием расчетного объема этой работы по каждой дисциплине (с распределением ее по неделям), а также данные о сроках и формах контроля хода усвоения учебно-программного материала.

Методический комплекс по выполнению курсовой, выпускной квалификационной работы (проекта), определяющий их тематическую направленность, цели и задачи выполнения, требования к содержанию, объему, оформлению и организации руководства их подготовкой со стороны кафедр и преподавателей.

Положения и методические материалы по проведению Государственных экзаменов раскрывающие, исходя из квалификационных характеристик специалистов, требования к содержанию экзаменационных заданий и критерии оценки их выполнения студентами.

Методические материалы по проведению стажировки молодых специалистов.

График утверждения и пересмотра учебно-методических комплексов по дисциплинам рабочего учебного плана специальности.

Учебно-методический комплекс по дисциплине.

УМК должен содержать комплект нормативных документов:

Цели изучения дисциплины, соотнесенные с общими целями государственного образовательного стандарта;

Квалификационные требования по изучаемой дисциплине: какие теоретические и практические знания студент должен получить в процессе изучения этой дисциплины, какие умения должен выработать, какими навыками должен обладать;

Четкое определение места и роли учебной дисциплины в овладении студентами знаниями, умениями и навыками, вытекающими из квалификационной характеристики специалиста и обеспечивающими успешное обучение студентов их профессиональной деятельности;

Введение в УМК (включает краткое описание разделов УМКД);

Рабочая учебная программа для преподавателя;

Рабочая учебная программа для студента;

Планы аудиторных занятий и методику их проведения;

Список заданий студенту (вопросы дискуссии, сборники задач и ситуаций и т.п.);

Перечень и содержание видов самостоятельной работы, график самостоятельной учебной работы студентов по дисциплине с указанием ее содержания, объема в часах по неделям, сроков и форм контроля за результатами;

Рекомендации по организации самостоятельной работы студента (по изучению дисциплины (раздела, темы), выполнению лабораторных работ, практикумов, контрольных работ, домашних заданий и других видов учебной работы, включая выполнение курсовых проектов (работ));

Программное и методическое обеспечение практики;

Рекомендации по рейтинговому контролю знаний студента - оценка каждой компоненты курса, критерии оценки по каждой компоненте. Методические материалы, обеспечивающие возможность самоконтроля и систематического контроля преподавателем результативности изучения дисциплины (сборник тестов и т.п.);

Программа (курсового) итогового экзамена по дисциплине;

Перечень специализированных аудиторий, кабинетов и лабораторий с указанием используемого в учебном процессе по дисциплине основного учебно-лабораторного оборудования, технических средств обучения и контроля;

Раздаточный материал и наглядные пособия, которые включают краткий конспект лекций, рабочие тетради, справочные и хрестоматийные издания, компьютерные учебники, аудио- и видеоматериалы;

Карта обеспеченности дисциплины учебно-методическими материалами, включая перечень программного обеспечения ЭВМ;

Требования к уровню усвоения программы, формы текущего, промежуточного и итогового контроля;

Учебно-методическое обеспечение дисциплины, включая использование информационных и педагогических технологий, лабораторного оборудования и т.д.

Как видно из вышеприведенных материалов и в УМК специальности и в УМК дисциплины важное место занимает вопрос самостоятельной работы студента, именно в рамках УМК она становится одним из главных компонентов учебного процесса. Все остальные требования, включая и обеспеченность различными ресурсами, и технологии, и структурирование содержания, относятся к ней в полной мере.

Предмет информатики как учебной дисциплины определяется как комплекс науки и практической деятельности. К задачам теоретической информатики относят создание и синтез знания о содержании и закономерностях информационного процесса в обществе, формирование гипотез и научных законов, разработку понятий этой дисциплины. На основе расширения области применения компьютерной техники постепенно создается и прикладная наука о современных информационных технологиях, возрастает практическая направленность информатики на решение различных классов задач [1]. Предмет информатики включает две части - информационную культуру и информационные технологии. Под информационной технологией понимается «процесс, использующий совокупность средств и методов сбора, обработки и передачи данных (первичной информации) для получения информации нового качества о состоянии объекта, процесса или явления» [2].

Таким образом, можно определить первую особенность учебного предмета информатики, влияющую на процесс отбора содержания дисциплины - выделение в информатике относительно стабильных базовых знаний (ядра) и динамично изменяемых знаний (вариативная часть). Данная особенность предмета определяет и его ведущую функцию или ведущий компонент. В информатике выделяют две ведущих функции - знания и способы деятельности. Способы деятельности считают доминирующей функцией, т. к. одна из главных задач информатики - уметь решать задачи с использованием ЭВМ. Деятельностный характер информатики можно считать второй ее особенностью, т. к. он предъявляет особые требования к разработке заданий для учащихся.

Компьютер является рабочим инструментом для решения профессиональных задач. Любой специалист в своей области должен знать, какие профессиональные задачи можно решить, используя компьютер, и уметь это делать. Таким образом, информатика является предметом не только общеобразовательным, но и профессиональным, в котором очень важна система межпредметных связей. Это можно считать третьей особенностью предмета информатики.

На сложность разработки содержания информатики в профессиональной школе влияют и темпы обновления содержания. В литературе [3] приводятся следующие цифры: 16% всех университетов (исследовались 160 европейских университетов) обновляют содержание своих курсов ежегодно, 32% - каждые 2 года, 18% - по необходимости, 15% - каждые 5 лет, 17% - от случая к случаю. Там же высказывается мнение, что для тех университетов, которые обновляют учебные программы раз в 5 лет, возникает угроза отставания от стремительного развития информационных технологий и безнадежного устаревания содержания предлагаемых учебных программ. Практически каждый год перед преподавателями информатики встает задача определить ту часть знаний, которая уже устарела и заменить ее новым содержанием. Высокие темпы обновления содержания - это четвертая особенность предмета информатики.

Кроме этого, отметим такую особенность информатики в профессиональной школе как различный исходный уровень знаний студентов. Это связано, прежде всего, с тем, что существует несколько стандартов информатики в средней школе. Данная особенность влияет на содержание информатики на младших курсах вузов и обязательно должна учитываться при проектировании содержания.

Таким образом, можно выделить следующие особенности предмета информатики в профессиональной школе, которые должны учитываться при проектировании содержания предмета на всех этапах от учебного плана до учебного пособия:

. Деление содержания предмета информатики на две части: относительно стабильные базовые знания и динамично изменяемые знания. К первой части относят информационную культуру, ко второй - информационные технологии.

. Деятельностный характер предмета информатики. Доминирующей функцией предмета информатики являются способы деятельности - умение решать задачи с использованием компьютерной техники.

. Профессиональная направленность предмета. Для будущих специалистов с высшим образованием компьютер является рабочим инструментом для решения профессиональных задач.

. Высокие темпы обновления содержания. Эти темпы более высоки, чем в фундаментальных областях, что связано со стремительным развитием информационных технологий.

. Различный исходный уровень знаний по предмету. Подготовка студентов по информатике очень сильно отличается, что связано с существованием нескольких стандартов информатики в средней школе и с различным уровнем оснащения школ компьютерной техникой.

По курсу информатики «Моделирование и формализация» был создан учебно-методический комплекс, при разработке содержания и структуры которого мы учитывали вышеперечисленные особенности предмета.

Базовые знания мало зависят от специальности и формы обучения, они содержатся в обычных учебниках по информатике. Такие учебники могут сопровождаться рядом учебных пособий для студентов различных специальностей и форм обучения.

Комплекс может быть расширен за счет разработки пособий по другим темам курса и факультативным темам, что позволит индивидуализировать обучение таким образом, что студенты, имеющие хорошие знания по некоторым темам курса, смогут изучать факультативные темы.

.2 Содержательные линии информатики

В ряде исследований последних лет (Е.А. Ракитина и др.) было обосновано, что содержание обучения информатике можно распределить по трем основным содержательным линиям: "Информационные процессы и информационные системы", "Моделирование и формализация", "Управление и информационные технологии". Каждая из этих линий соответствует определенно группе целей.

Первая линия раскрывает преимущественно мировоззренческий аспект информатики, ее соотношение с окружающим миром. Центральным понятием здесь является понятие информационного процесса.

Вторую линию "моделирование и формализация" условно можно назвать методологической, поскольку именно она формирует основные подходы, необходимые для работы с информацией. Она также достаточно полно представлена в учебниках.

Наконец, третья линия - технологическая, которая раскрывает суть автоматизации и развивает навыки использования информационных средств, прежде всего компьютера, при решении учебных и практических задач.

На каждом этапе обучения доминируют свои содержательные линии, например, в базовом курсе информатики предпочтение следует отдать информационному моделированию и информационным технологиям.

Наиболее важным моментом в преподавании информатики и информационных в общеобразовательной школе является установление внутренней логики, позволяющей связать все понятия курса в единое целое. Только установив такую логику, можно говорить о минимальном наборе понятий курса, методике его преподавания, необходимых для этого программных средствах.

Приведенная ниже логика развертывания системы понятий, разумеется, не является единственно возможной. Однако она, в некотором смысле, является наиболее естественной, поскольку следует уже сложившейся естественно научной традиции. Поскольку большинство современных специалистов относят информатику именно к естественным наукам, такой подход вполне оправдан.. Основным понятием информатики является понятие информационного процесса. В процессе изучения это понятие объясняется на примерах. Важно подчеркнуть, что информационные процессы могут протекать как в живой природе, так и в технических и социальных системах. При этом структура процесса остается неизменной. Если информационные процессы осуществляются человеком, то речь идет об информационной деятельности.

Информационный объект является "срезом" информационного процесса в фиксированный момент времени. Соотношение между информационным объектом и информационным процессом приблизительно такое же, как и соотношение между точкой и траекторией движения, проходящей через эту точку. Можно сказать, что информационный процесс является процессом преобразования или передачи информационного объекта. Информационные процессы и информационные объекты всегда рассматриваются в некоторой информационной системе, подробно тому, как физические объекты или процессы всегда соотносятся с некоторой системой координат.

Изучение курса информатики и информационных технологий (независимо: базового или профильного) Необходимо начать с рассмотрения информационных процессов и информационных объектов, а также информационных систем (в этом специфика курса на старшей ступени), поскольку именно они являются обобщающими понятиями предметной области информатики. При этом важно подчеркнуть отличие информационных объектов и процессов от объектов и процессов другой природы, скажем химических или биологических. Это различие фиксируется в понятии информации. Современная наука еще не выработала общезначимое определение информации, которое бы отражало все аспекты протекания информационных процессов. Поэтому в преподавании целесообразно сконцентрировать внимание учащихся, прежде всего, на свойствах информации (полнота, достоверность и пр.). В качестве примеров можно привести определение информации в различных областях человеческой деятельности (технике, журналистике и др.).. Информационные объекты и процессы составляют основу таких видов деятельности как: познание, общение, практическая деятельность. Информационный процесс, соответствующий данному виду деятельности должен:

а) иметь какой - либо носитель;

б) каким-то образом быть представленным.

Основным моментом является представление информационного процесса.

Заметим, что часто говорят о "представлении информации". По сути, это эквивалентные понятия, поскольку "информация" проявляется, прежде всего, в информационном процессе.

Представление информации, раскрывается через понятие формализации, результатом которой является информационная модель. В общем случае формализация означает умение выделять главное и отбрасывать второстепенное. В процессе формализации можно не учесть важных моментов и, напротив, можно сосредоточить свое внимание на второстепенных вещах в ущерб главному. В этом случае полученная информационная модель может оказаться неадекватной исходному информационному процессу (разумеется, под углом зрения конкретных целей формализации).

Важно донести до учащихся мысль, что мы живем в мире информационных моделей. Большинство объектов, с которыми они имеют дело, являются именно моделями, т.е. созданы с какой-то целью, являются адекватными или не адекватными и пр. Осознание этого факта является одним из главных факторов успешной социализации учащихся в современном информационном обществе.

Развитие навыка формализации является одной из основных задач общего образования. В ее решении информатике отводится особая роль, поскольку формализация является основой автоматизации, вершинной точкой которой являются информационные технологии. Способы формализации информационного процесса могут быть самые разнообразные. С точки зрения информатики наиболее важной является формализация, информационного процесса, которая приводит к алгоритму.

Понятие алгоритма - одно из основных понятий курса информатики и информационных технологий. По сложившейся традиции оно рассматривается как базовое понятие, содержание которого раскрывается через свойства и примеры. В курсе информатики и информационных технологий старшей школы (особенно на базовом уровне и в гуманитарном профиле) исключительно важно показать, что алгоритм является одним из видов информационных моделей.

Существенное отличие алгоритма в информатике, от математического понятия алгоритма заключается в том, что алгоритм в информатике - это формализованная запись действий, в то время как в математике - это сами формализованные действия (например, машина Тьюринга). Таким образом, для адекватного отображения алгоритмом информационного процесса, формализованная запись должна быть дополнена понятием формализованного исполнителя, на которого и ориентирована формализация. В этом случае от формализации информационного процесса необходимо потребовать точности и понятности, - чтобы исполнитель понимал и данную формализацию и был бы в состоянии исполнить каждый шаг формализованного информационного процесса.

Важно подчеркнуть еще один существенный момент. Алгоритм, формализованная запись - информационная модель осуществляет управление формальным исполнителем: ведет его от начального к конечному информационному объекту. Этот момент особенно важен при рассмотрении вопросов автоматизации информационного процесса.

Таким образом, понятие алгоритма в информатике раскрывается через понятия формализованной записи (информационной модели) и формализованного исполнителя, при этом данная информационная модель по отношению к формальному исполнителю играет роль управляющей системы.. Одной из существенных тенденций современной жизни является стремление к автоматизации информационной составляющей человеческой деятельности. Это распространяется, в частности, на указанные выше обобщающие виды деятельности:

-  познание;

-  общение;

-  практическая деятельность.

Информационная составляющая каждого из этих процессов, в применении к конкретной ситуации формализуется (например, в процессе общения люди обмениваются информационными моделями, которые они незаметно для себя тут же и создают). Другое дело, когда отдельные фрагменты этого процесса автоматизируются, т.е. между человеком и объектом действительности или другим человеком встает техническое устройство, компьютер. Что бы осуществить такую автоматизацию необходимо построить формализация специального вида. Основное условие автоматизации информационного процесса состоит в разбиении его на такие шаги, которые понятны компьютеру и которые он может исполнить.

Компьютер сам по себе является устройством (исполнителем) с крайне ограниченными возможностями: он "понимает" только двоичный код и может осуществлять простейшие логические операции. Расширение его возможностей целиком зависит от искусства формализации.

Эту мысль стоит выделить особо. Готовые программные средства и технологии далеко не всегда можно использовать для решения возникающих задач. Более того, современные программные инструменты все чаще строятся по принципу "открытой системы", когда пользователь может настроить их на свою задачу. Однако для этого необходимо владеть навыками формализации и моделирования, понимать их возможности и ограничения.

В рамках информатики старшей школы очень важно подчеркнуть, что любой алгоритм может быть реализован на компьютере и тем самым может быть построена компьютерная модель информационного процесса. Если же изначальный процесс осуществлялся человеком, т.е. был информационной деятельностью, то результатом этой же последовательной формализации является информационная технология.

Общеобразовательный стандарт по основным содержательным линиям курса информатики.

Стандарт образования по информатике представлен в виде двух взаимосвязанных компонентов по каждой из выделенных содержательных линий курса:

-  обязательного минимального (базового) уровня предъявления учебного материала;

-  требований к уровню подготовки школьников.

Линия информационных процессов

Обязательный минимум содержания учебного материала Изучение учебного материала данной содержательной линии обеспечивает учащимся возможность:

-  получить представление о сущности информационных процессов; структуре и назначении основных элементов информационных систем, функциях обратной связи; общности информационных принципов строения и функционирования систем различной природы;

-  получит представление о носителях информации, процессе передачи информации, линии связи;

-  познакомиться со способом измерения информации, единицами количества информации (бит, байт, килобайт и т.д.).

Требования к уровню подготовки учащихся:

Учащиеся должны:

-  уметь приводить примеры передачи, хранения и обработки информации в деятельности человека, живой природе, обществе и технике;

-  иметь представления об информационных системах, общности информационных принципов строения и функционирования управляющих орлов этих систем независимо от их природы;

-  иметь представление о принципах работы замкнутых и разомкнутых систем управления, обратной связи;

-  иметь представления о мере количества информации, знать основные единицы количества информации.

Линия представления информации

Обязательный минимум содержания учебного материала:

Изучение учебного материала данной содержательной линии обеспечивает учащимся возможность:

-  понять функции языка как способа представления информации;

-  познакомиться с двойной формой представления информации, ее особенностями и преимуществами;

-  получить представление о типах величин;

-  познакомиться с принципами представления данных и команд в компьютере.

Требования к уровню подготовки учащихся:

Учащиеся должны:

-  знать особенности и преимущества двоичной системы счисления;

-  знать типы величин и формы их представления для обработки на компьютере.

Алгоритмическая линия

Обязательный минимум содержания учебного материала:

Изучение учебного материала данной содержательной линии курса обеспечивает учащимся возможность:

-  понять (на основе анализа примеров) смысл понятия алгоритма, знать свойства алгоритмов, понять возможность автоматизации деятельности человека при исполнении алгоритмов;

-  освоить основные алгоритмические конструкции (цикл, ветвление, процедура), применять алгоритмические конструкции для построения алгоритмов решения учебных задач;

-  получить представление о «библиотеке алгоритмов», уметь использовать библиотеку для построения более сложных алгоритмов;

-  получить представление об одном из языков программирования (или учебном алгоритмическом языке), использовать этот язык для записи алгоритмов решения простых задач.

Требования к уровню подготовки учащихся:

Учащиеся должны:

-  понимать сущность понимания алгоритма, знать его основные свойства, иллюстрировать их на конкретных примерах алгоритмов;

-  понимать возможность автоматизации деятельности человека при исполнении алгоритмов;

-  знать основные алгоритмические конструкции и уметь использовать их для построения алгоритмов;

-  определять возможность применения исполнителя для решения конкретной задачи по системе его команд, построить и исполнить на компьютере алгоритм для учебного исполнителя (типа «черепахи», «робота» и т.д.);

-  записать на учебном алгоритмическом языке (или языке программирования) алгоритм решению простой задачи.

Линия исполнителя (компьютера)

Обязательный минимум содержания учебного материала:

Изучение учебного материала данной содержательной линии обеспечивает учащимся возможность:

-  получить представление о функциональной организации компьютера, общих принципах работы его основных устройств и периферии;

-  понять принцип автоматического исполнения программ в компьютере; знать названия и иметь представление о назначении основных видов программного обеспечения компьютера: функциях базового программного обеспечения, назначении программы транслятора, применении языков программирования, инструментальных программных средств, прикладного программного обеспечения;

-  узнать основные типы ЭВМ и их важнейшие характеристики;

-  познакомиться с основными этапами развития информационно-вычислительной техники и программного обеспечения ЭВМ.

Требования к уровню подготовки учащихся:

Учащиеся должны:

-  знать правила техники безопасности при работе на ЭВМ;

-  знать название и функциональное назначение основных устройств компьютера;

-  иметь представление о программном обеспечении компьютера;

-  уметь пользоваться клавиатурой ЭВМ;

-  уметь использовать «меню», «запрос о помощи», инструкции для пользователя.

Линия формализации и моделирования

Обязательный минимум содержания учебного материала:

Изучение учебного материала данной содержательной линии обеспечивает учащимся возможность:

-  получить представление о моделировании и как методе научного познания;

-  понять основные принципы формализации и подходы к построению компьютерных моделей.

Требования к уровню подготовки учащихся:

Учащиеся должны:

-  иметь представление о сущности формализации и методе моделирования;

-  уметь построить простейшие модели и исследовать их с использованием компьютера.

Линия информационных технологий

Обязательный минимум содержания учебного материала:

Изучение учебного материала данной содержательной линии обеспечит учащимся возможность:

-  узнать о технологической цепочке решения задач с использованием компьютера: постановка задачи, построение модели, разработка и исполнение алгоритма, анализ результатов;

-  пользоваться текстовым редактором, организовывать хранение текстов во внешней памяти и вывод их на печать в соответствии со стандартным форматом;

-  пользоваться простым графическим редактором;

-  обращаться с запросами к базе данных, выполнять основные операции над данными;

-  осуществлять основные операции с электронными таблицами, выполнять с ее помощью простейшее вычисления;

-  применять учебные пакеты прикладных программ дня решения типовых учебных задач;

-  получить представление о телекоммуникациях, телекоммуникационных сетях различного типа (локальные, региональные, глобальные), их назначении и возможностях, использовании электронной почты, организации телеконференций;

-  познакомиться с возможностями мультимедиа технологий.

Требования к уровню подготовки учащихся:

Учащиеся должны:

-  исполнить в режиме диалога простую прикладную программу (типа «Решение квадратного уравнения», «Построение графиков функций» и т.д.);

-  набрать на компьютере и откорректировать простой текст;

-  построить простейшее изображение с помощью графического редактора;

-  уметь обращаться с запросами к базе данных;

-  выполнять простейшие вычисления, используя электронную таблицу (типа подсчета общей стоимости покупок в магазине);

-  уметь самостоятельно выполнить на компьютере простые задания, используя основные функции инструментальных программных средств, прикладных программ;

-  иметь представление о телекоммуникациях, их назначении, возможностях применения мультимедиа технологий.

Основными содержательными линиями курса информатики являются:

в направлении «Моделирование и формализация»:

«Моделирование и формализация»,

«Алгоритмизация и программирование»,

«Исполнитель»,

«Компьютер как средство автоматизированной обработки информации»;

в направлении «Информация и информационные процессы»:

«Информация и информационные процессы»,

«Информационные технологии»,

«Автоматизированные информационные системы»,

«Информационные ресурсы общества»;

в направлении «Моделирование и формализация»:

«Моделирование и формализация»,

«Алгоритмизация и программирование»,

«Исполнитель»,

«Компьютер как средство автоматизированной обработки информации»;

в направлении «Информационные основы управления»:

«Системы и системный подход»,

«Информационные основы управления»,

«Системы искусственного интеллекта»,

«Социальная информатика».

Основные задачи курса информатики и информационных технологий во II-III-V-VI классах:

-  познакомить с особенностями восприятия информации, способами ее кодирования и интерпретации, основами представления информации в специализированных технических системах, в частности в компьютере, сформировать основные навыки работы с такого рода информацией;

-  заложить основы грамотной работы с информацией. Прежде всего, это относится к восприятию информации и ее адекватной интерпретации, а также целенаправленному использованию полученной информации в учебной деятельности и повседневной жизни;

-  раскрыть способы и правила представления информации, ее кодирование-де кодирование через первоначальное знакомство с основными понятиями ин формационного моделирования, а также в рамках знакомства с различными простейшими исполнителями, способами представления команд и данных для них;

-  научить работать с информационными системами, причем такая работа должна охватывать не только (и не столько) электронные энциклопедии самого разного назначения, но и обучение правилам работы в библиотеке, с печатными словарями и справочниками, глоссариями книг, правилам ведения собственных записных книжек и пр. Это залог последующей грамотной работы с информацией, представленной в электронном виде.

Таким образом, основными вопросами начального курса информатики являются:

-  в направлении «Информация и информационные процессы» - представление информации, кодирование, правила работы с информационными системами;

-  в направлении «Моделирование и формализация» - основы моделирования, знакомство с различными исполнителями и их свойствами;

-  в направлении «Информационные основы управления» - предварительное знакомство с системным подходом, основами управления системами.

Приоритетными задачами курса информатики и информационных технологий в VII-VIII-IX классах являются:

-  углубление представлений о научной картине мира;

-  изучение информационных процессов в системах различной природы;

-  изучение способов представления информации;

-  освоение навыков формализации в самом широком смысле этого слова;

-  знакомство с основами информационного моделирования.

Таким образом, основными вопросами базового курса информатики являются:

-  в направлении «Информация и информационные процессы» - сущность понятия «информация»; закономерности протекания информационных процессов в различных системах; основы функционирования информационных систем;

-  в направлении «Моделирование и формализация» - основы информационно го моделирования и формализации; различные алгоритмы и их свойства; использование аппаратного и программного обеспечения для создания собственных информационных продуктов;

-  в направлении «Информационные основы управления» - знакомство с системным анализом; основы автоматизированного управления системами; возможности систем искусственного интеллекта.

Основной задачей курса информатики и информационных технологий в X-XI классах является подготовка к последующей профессиональной деятельности, продолжению образования в вузе. Курс информатики в старшей школе, решая задачу допрофессиональной подготовки учащихся, все же является общеобразовательным по существу. Потому в содержании должны быть отражены основные вопросы всех содержательных линий. Чаще всего приоритетность в изучении содержательных линий определяется в зависимости от основных видов информационной деятельности специалистов данного профиля. На этом этапе:

-  наиболее активно формируется информационная идеология и культура учащегося;

-  рассматриваются способы и правила создания и использования самых разно образных информационных ресурсов;

-  изучаются средства и технологии работы с информацией.

В физико-математических классах основными являются технологии программирования и технологии моделирования реальных физических процессов. В гуманитарных классах - технологии использования редакторов, использования и создания баз данных, геоинформационные системы (ГИС), знакомство с вопросами социальной информатики и пр. В классах социально-экономического профиля приоритетными являются информационное моделирование, использование средств обработки числовой информации, презентационных пакетов и средств деловой графики и пр.

Таким образом, основными инвариантными вопросами профильных курсов информатики являются:

-  в направлении «Информация и информационные процессы» - систематизация представлений об информации и информационных процессах; использование информационных технологий; закономерности создания и использования автоматизированных информационных систем;

-  в направлении «Моделирование и формализация» - способы информационно го моделирования; систематизация представления о компьютере как средстве автоматизации информационных процессов;

-  в направлении «Информационные основы управления» - закономерности управления и самоуправления в системах; основы автоматизированного управления; вопросы социальной информатики.

Таким образом, сегодня в России выделяют следующие тематические разделы (содержательные линии) базового курса информатики в школе:

. Линия информации и информационных процессов

. Линия представления информации

. Линия компьютера

. Линия моделирования и формализации

. Линия алгоритмизации и программирования

. Линия информационных технологий.

Данные содержательные линии могут быть дополнены. К примеру, проведены убедительные теоретические и экспериментальные исследования, показавшие, что основы кибернетического знания должны не только стать составной частью содержания общего школьного образования, но и необходимо их представить в виде отдельного раздела курса. Соответствующую содержательную линию можно было бы назвать линией управления. Однако процесс уточнения места и роли в базовом образовании общекибернетических оснований информатики ещё продолжается. Кроме того, в будущем в школьной информатике, несомненно, предстоит развитие линии искусственного интеллекта.

Но в целом состав и перспективы развития системообразующих направлений содержания предмета «Информатика» можно считать более или менее определёнными. Вместе с тем, дискуссионным остаётся вопрос о выборе из перечисленных одного или двух доминирующих направлений, которые могли бы определять характер всего школьного курса информатики и в известной мере подчинять себе другие содержательные линии.

За двадцатилетнюю историю существования предмета информатики в российской школе этот вопрос решался по-разному. Если в первых отечественных школьных учебниках главными понятиями и объектами изучения выступали «компьютер» и «алгоритм», то наметившаяся в последнее время тенденция к фундаментализации школьного образования потребовала поставить в центре предмета понятие «информация». По этой же причине необходимо расширение линии моделирования, которая наряду с линией информации и информационных процессов, должна стать теоретической основой базового курса информатики. Таким образом, по мнению многих исследователей, дальнейшее развитие общеобразовательного курса информатики должно быть связано, прежде всего, с углублением именно этих двух содержательных линий. Одной из наиболее заметных тенденций в развитии школьной информатики является увеличение места информационных технологий (ИТ) в её содержании. Начиная со второй половины 90-х годов, в результате широкого распространения в различных сферах практической деятельности ИТ, обострилась проблема «технологизации» содержания обучения информатике в ущерб развитию общеобразовательных, фундаментальных основ школьной информатики. Появились авторские концепции и соответствующие учебные пособия для школы, в которых технология, практически, подменяет общее развитие. Однако большая часть российских специалистов в области теории и методики обучения информатике считает, что будущее школьного предмета информатики заключается в развитии её фундаментальной компоненты, а не в «погружении» в область информационных технологий.

.3 Содержательная линия информатики «Моделирование и формализация»

История моделирования насчитывает тысячи лет. Человек рано оценил и часто использовал в практической деятельности метод аналогий. Моделирование прошло долгий путь - от интуитивного аналогизирования до строгого научного метода.

Термины «модель», «моделирование» являются неразрывно связанными, поэтому целесообразно обсуждать их одновременно.

Слово «модель» произошло от латинского слова modelium, которое означает: мера, образ, способ и т.д. Его первоначальное значение было связано со строительным искусством, и почти во всех европейских языках оно употребляется для обозначения образа или прообраза, или вещи, сходные в каком-то отношении с другой вещью.

В энциклопедическом словаре «Информатика» под моделью объекта понимается «другой объект (реальный, знаковый или воображаемый), и отличный от исходного, который обладает существенными для целей моделирования свойствами и в рамках этих целей полностью заменяет исходный объект».

В философской литературе можно найти близкие по смыслу определения, которые обобщаются так: «Модель используется при разработке теории объекта, и в том случае, когда непосредственное исследование его не представляется возможным вследствие ограниченности современного уровня знаний и практики. Данные о непосредственном интересующем исследователя объекте получаются путем исследования другого объекта, который объединяется с первым общностью характеристик, определяющих качественно-количественную специфику обоих объектов».

В.А. Штофф указывает на такие признаки модели:

Это мысленно представляемая или материально реализуемая система;

Она воспроизводит или отображает объект исследования;

Она способна замещать объекты;

Ее изучение дает новую информацию об объекте.

А.И. Уемов выделяет обобщенные признаки модели:

Модель не может существовать изолированно, потому что она всегда связана с оригиналом, т.е. той материальной или идеальной системы, которую она замещает в процессе познания.

Модель должна быть не только сходна с оригиналом, но и отлична от него, причем модель отражает те свойства и отношения оригинала, которые существенны для того, кто ее применяет.

Модель обязательно имеет целевое назначение.

Таким образом, модель - это упрощенный (в том или ином смысле) образ оригинала, неразрывно с ним связанный, отражающий существенные свойства, связи и отношения оригинала;

Система, исследование которой служит инструментом, средством для получения новой (или) подтверждение уже имеющейся информации о другой системе.

Отметим, что моделирование в широком смысле слова есть не только процесс построения модели, но и ее исследование.

Формализация - это один из этапов моделирования, в результате завершения которого, собственно, и появляется модель процесса или явления. Приведем выдержку из работы Н.П. Бусленко, где отражены основные особенности этого процесса: «Формализации любого реального процесса предшествует изучение структуры составляющих его явлений. В результате этого появляется так называемая «содержательное описание процесса», которое представляет собой первую попытку четко изложить закономерности, характерные для исследуемого процесса, и постановку прикладной задачи. Содержательное описание является исходным материалом для последующих этапов формализации: построение формализованной схемы процесса и модели для него».

В.А. Штофф называет такие признаки как:

Способ построения (форма модели),

Качественная специфика (содержание модели).

По способу построения модели бывают материальные и идеальные. Назначение материальных моделей - специфическое воспроизведение структуры, характера, протекания, сущности изучаемого процесса.

Из материальных моделей можно выделить:

а) физически подобные модели (они сходны с оригиналом по физической природе и геометрической форме, отличаясь от него лишь числовыми значениями параметров - действующая модель электродвигателя, паровой турбины);

б) пространственноподобные модели (сходство с оригиналом на основе физического подобия - макеты самолетов, судов);

в) математическиподобные модели (не имеют с оригиналом ни физического, ни геометрического сходства, но объект и модель описываются одинаковыми уравнениями - аналогия между механическими и электрическими колебаниями).

Можно выделить такие виды абстрактных моделей:

Вербальные (текстовые) модели. Эти модели используют последовательности предложений на формализованных диалектах естественного языка для описания той или иной области действительности.

Математические модели - очень широкий класс знаковых моделей (основанных на формальных языках над конечными алфавитами), широко использующих те или иные математические методы.

Информационные модели - класс знаковых моделей, представляющих объект, процесс или явление набором параметров и связей между ними. Связи элементов создают систему только тогда, когда в результате этих связей образуются новый целостный объект, обладающий такими свойствами, которые без этих связей не были бы присущи совокупности данных элементов.

В обязательном минимуме содержания образования по информатике присутствует линия «Моделирование и формализация». Содержание этой линии определено следующим перечнем понятий: моделирование как метод познания, формализация, материальные и информационные модели, основные типы информационных моделей. Линия моделирования, наряду с линией информации и информационных процессов, является теоретической основой базового курса информатики.

Содержательная линия формализации и моделирования выполняет в базовом курсе информатики важнейшую педагогическую задачу - развитие системного мышления учащихся, так как работа с огромными объемами информации невозможна без навыков ее систематизации. Умение систематизировать данные - главнейший компонент компьютерной грамотности учащихся. Не случайно, в процессе развития школьной информатики следует отметить значительное увеличение веса данной линии в общем содержании курса. Понятие «система» в информатике встречается достаточно часто. Совокупность взаимосвязанных данных, предназначенных для обработки на компьютере - система данных, совокупность взаимосвязанных программ определенного назначения - программные системы (ОС, системы программирования, пакеты прикладных программ и др.). Информационные системы - одно из важнейших приложений компьютерных технологий. Основным методическим принципом информационного моделирования является системный подход, согласно которому всякий объект моделирования рассматривается как система. Из всего множества элементов, свойств и связей выделяются лишь те, которые являются существенными для целей моделирования. В этом и заключается сущность системного анализа. Задача системного анализа, который проводит исследователь, - упорядочить свои представления об изучаемом объекте, для того чтобы в дальнейшем отразить их в информационной модели. Сама информационная модель представляет собой также некоторую систему параметров и отношений между ними, которые могут быть представлены в разной форме: графической, математической, табличной и др. Таким образом, просматривается следующий порядок этапов перехода от реального объекта к информационной модели: реальный объект - системный анализ - система данных, существенных для моделирования - информационная модель.

Понятие модели - центральное понятие курса информатики, которое как красная нить должно проходить по всему содержанию курса, поскольку формализация и моделирование являются базовыми компонентами при изучении всех разделов информатики.

Можно выделить два основных направления построения информационных моделей:

.Построение математических моделей - обучая алгоритмизации и программированию как основному средству построения математических моделей. Здесь модели представляются как наборы величин в алгоритмах, изучаются различные типы данных, отрабатываются этапы решения задач на ЭВМ как частный случай этапов перехода от реального объекта к информационной модели, формируются умения формализации, проведения вычислительного эксперимента.

.Построение информационных моделей с использованием информационных технологий. Здесь можно обойтись прикладным программным обеспечением общего назначения: табличные процессоры, СУБД.

В процессе преподавания информатики тема «Моделирование и формализация» изучается в конце 11 класса. К этому времени учащиеся владеют достаточными знаниями и умениями по алгоритмизации и программированию, изучили основное прикладное программное обеспечение. Ставится проблема о решении любой практической задачи на ЭВМ. Основной упор делается на выборе подходящего инструментального средства в составе программного обеспечения ЭВМ для реализации модели. Такими средствами могут быть: электронные таблицы, СУБД, системы программирования, математические пакеты, специализированные системы моделирования.

Прилагаемая презентация является кратким опорным конспектом по теме для учащихся, который, конечно же, сопровождается эвристической беседой, разнообразными примерами и рассчитана, как минимум, на два часа. Основные понятия темы рассматриваются с использованием технологии построения любой информационной модели и системного анализа. Рассматриваются и обсуждаются основные признаки информационной компьютерной модели: наличие реального объекта моделирования, отражение целесообразного множества свойств, реализации при помощи определенных компьютерных средств, возможность постоянного, активного использования. Активизируется внимание на осуществление основных этапов разработки и исследования моделей.

На первом этапе исследования объекта или процесса обычно строится описательная информационная модель. Такая модель выделяет существенные, с точки зрения целей проводимого исследования, параметры объекта.

На втором этапе создается формализованная модель, то есть описательная информационная модель записывается с помощью какого-либо формального языка. В такой модели с помощью формул, уравнений, неравенств и так далее фиксируются формальные соотношения между начальными и конечными значениями свойств объектов, а также накладываются ограничения на допустимые значения этих свойств.

На третьем этапе необходимо формализованную информационную модель преобразовать в компьютерную модель, то есть выразить ее на понятном для компьютера языке.

Четвертый этап исследования информационной модели состоит в проведении компьютерного эксперимента. Если компьютерная модель существует в виде программы на одном из языков программирования, ее нужно запустить на выполнение и получить результаты.

Если компьютерная модель исследуется в приложении, например, в электронных таблицах, можно провести сортировку или поиск данных, построить диаграмму или график и так далее.

Пятый этап состоит в анализе полученных результатов и корректировке исследуемой модели. В случае различия результатов, полученных при исследовании информационной модели, с измеряемыми параметрами реальных объектов, можно сделать вывод, что на предыдущих этапах построения модели были допущены ошибки или неточности.

Таким образом, содержательная линия "Моделирование и формализация" - это одна из важнейших содержательных линий курса информатики, формирующая системно-информационную картину мира в сознании учащихся, так как позволяет осознанно выделять в окружающей действительности отдельные объекты, видеть отношения между объектами, выделять существенные признаки объектов, классифицировать их и объединять в множества, строить схемы и "видеть" внутреннюю структуру объекта, представлять одни объекты посредством других с целью их изучения, представления, изготовления или использования.

Наполнение содержательных линий непрерывного курса информатики на разных ступенях обучения в направлении «Моделирование и формализация»

Таблица 1Линия «Моделирование и формализация»

Уровень представления учебного материала

Ступень обучения

Краткое содержание учебных модулей

Основные виды деятельности

1

Н

Модель как упрощенное подобие реального объекта. Модели в окружающей жизни. Их назначение и области применения. Модель как заменитель объекта в процессе познания, общения, практической деятельности. Виды моделей: натурные и информационные. Схемы, таблицы, графики, диаграммы как формы моделирования. Правила построения схем, таблиц, графов

Сравнение, сопоставление разных моделей одного объекта. Исследование моделей с точки зрения их назначения. Получение информации из таблиц, диаграмм, графов, схем

2

Н

Информационные модели. Их виды и отличительные особенности. Формы представления информационных моделей. Описательные, наглядные и смешанные информационные модели. Этапы моделирования. Формализация как важный этап моделирования. Принцип «черного ящика» в моделировании

Формальное выполнение действий в соответствии с инструкцией. Выдвижение гипотез об устройстве «черного ящика». Компьютерный эксперимент как средство проверки гипотез

3

Б

Объект, задача, модель. Модель объекта, модель решения. Построение модели как важный элемент информационной технологии решения задачи

Выделение в исследуемой ситуации объекта, субъекта моделирования, модели. Анализ свойств модели и выделение среди них существенных с точки зрения целей моделирования

4

Б

Моделирование в познании, общении и практической деятельности. Учебные модели, их особенность и формы представления. Их назначение и области применения. Информационная модель как схема, изображение или описание изучаемого объекта. Адекватность модели объекту и целям моделирования

Исследование учебных моделей. Определение их вида, назначения, принципов построения, степени подобия объекту моделирования

5

Б

Этапы построения информационных моделей. Формализация как важный этап построения модели

Формализация информации разного вида. Структурирование данных и знаний при решении задач

6

Б

Основные приемы моделирования внешнего вида, структуры, поведения объекта. Статические и динамические модели

Знакомство с основными приемами моделирования. Исследование компьютерных моделей с точки зрения новой информации, которую они несут об объекте моделирования

7

Б

Формализация текстовой информации

Знакомство с приемами формализации текстов, правилами заполнения формуляров, бланков и т. д. Составление деловых бумаг по заданной форме

8

Б

Основные свойства формул. Правила построения и интерпретации формул. Математическое моделирование и его особенности

Знакомство с правилами интерпретации различных формул. Выявление особенностей математического моделирования

9

Б

Схемы, таблицы, графики как формы моделирования. Правила построения схем, таблиц, графов

10

Б

Блок-схемы, алгоритмы и программы как формы моделирования процесса решения задачи формальным исполнителем

Анализ разных способов записи алгоритмов с позиции того, что они информационные модели. Определение того, что является объектом моделирования для математической модели, алгоритма, программы решения задачи

11

П

Вычислительный эксперимент как метод научного исследования. Моделирование в вычислительных экспериментах

Постановка вычислительных экспериментов при написании программ и работе с электронными таблицами, математическими пакетами. Сопоставление математических моделей задачи и их компьютерных аналогов. Анализ полученных результатов с точки зрения соответствия объекту и целям моделирования

12

П

Свойства моделей. Аспекты подобия: симметричность, рефлексивность, транзитивность, толерантность. Изоморфизм и гомоморфизм

Определение свойств моделей. Построение моделей с заданными свойствами. Доказательство изоморфности (гомоморфности) нескольких моделей одного объекта

13

П

Качественные и количественные оценки моделей. Показатели и критерии оценки

Выбор показателей и формирование критериев оценки. Оценка моделей

14

В

Адекватность познавательных моделей. Мировоззренческие модели

Знакомство с основными мировоззренческими моделями. Раскрытие сущности понятия «адекватность» на примере известных моделей

15

В

Основные понятия и методы информационно-логического моделирования как инструмента познавательной и конструктивной деятельности. Методы описания информационно-логических моделей. Концептуальное моделирование

Построение информационно-логических моделей управления предприятием. Раскрытие сущности понятия «концептуальная модель» на примере анализа известных научных теорий

16

В

Детерминированные и стохастические модели. Стохастические методы и средства их реализации в информатике

Постановка компьютерных экспериментов. Работа с моделирующими программами специального назначения

17

В

Компьютерное моделирование и его виды. Моделирующие программы и сферы их применения. Имитационное моделирование. Назначение, особенности и области применения

Создание компьютерных моделирующих программ. Создание программ, имитирующих деятельность объекта, с целью экспериментальной проверки гипотез


Глава II Разработка и проектирование учебно-методического комплекса содержательной линии «Моделирование и формализация»

.1 Методика изучения содержательной линии «Моделирование и формализация»

Необходимость изучения основ информатики и информационных технологий связана прежде всего с огромным общеобразовательным потенциалом данного курса и его методологической значимостью в плане формирования у учащихся информационно-коммуникационных компетенций (умений сравнивать преимущества и недостатки различных источников информации, выбирать соответствующие технологии поиска информации, создавать и использовать должные модели и процедуры изучения и обработки информации и т.п.). Все это требует, на наш взгляд, новых подходов к преподаванию базового курса информатики с учетом современных тенденций развития содержания и методики его преподавания в контексте интеграции учебных дисциплин.

Какие же цели стоят сегодня перед курсом информатики, с чем сегодня учителю идти на урок? Чтобы найти ответы на эти и другие вопросы, цели и задачи курса информатики необходимо рассматривать в контексте общих целей и задач всей системы общего образования, которая, в свою очередь, должна быть ориентирована на выполнение потребностей в образовательных услугах российского общества.

В программных документах последних лет, связанных с основными направлениями модернизации образования, подчеркивается, что изучение информатики должно способствовать процессам социализации личности, фундаментализации образования, обеспечения возможности продолжать обучение (в рамках непрерывного открытого образования на базе использования телекоммуникационных средств).

В этой связи многие исследователи говорят о междисциплинарном, интегративном характере информатики в современной школе [12]. Действительно, информатика все больше выступает, наряду с математикой, в качестве интегративного начала многих дисциплин. Интегративность курса информатики определяется фундаментальностью самой науки информатики и интегративным характером основных объектов ее изучения; тем, что умение работать с информацией относится к общеучебным умениям; ролью информатики в информатизации учебного процесса.

Учащимся необходимо показать мировоззренческую и методологическую значимость курса информатики, актуальность овладения средствами информационных технологий как инструментом учебной (а затем, профессиональной) деятельности. В этом плане крайне важна методическая подготовка педагогов, их готовность к реализации такого интегративного курса, умения:

-  проводить микро- и макроанализ учебной темы в контексте реализации внутри- и межпредметных связей курса информатики, ее прикладной значимости;

-  формировать систему средств обучения, обеспечивающую осознанное восприятие учащимися методологической значимости курса информатики и универсальности средств информационных технологий;

-  вести отбор педагогически эффективных методов и приемов для реализации интегративного характера курса;

-  формировать у учащихся в процессе обучения информатике компетенции в сфере информационно-аналитической и коммуникативной деятельности, технологические компетенции, компетенции в сфере социальной деятельности и т.п.

Такая мировоззренческая роль курса информатики и философская важность этой дисциплины, ее фундаментальность для гармоничного развития школьника должна быть осознана прежде всего педагогом. В плане самообразования учителям информатики окажется полезной монография А.Я. Фридланда "Информатика: процессы, системы, ресурсы" [16], в которой делается попытка анализа содержания курса информатики, исходя из базовых определений научного мировоззрения. Автором рассматриваются различные подходы к определению понятий информационных и информатических процессов, информационной и информатической культуры, на основе которых определяется предметная область информатики и информационных технологий.

Говоря о методологической значимости линии формализации и моделирования, следует отметить, что сегодня практически для каждого члена современного информационного общества крайне важно умение строить информационные структуры (модели) для описания объектов и систем. Важнейшим общекультурным интеллектуальным навыком является умение переводить проблемы из реальной действительности в адекватную, оптимальную модель (информационную, математическую, физическую и т. п.), оперировать этой моделью в процессе решения задачи при помощи понятийного аппарата и средствами той науки, к которой относится построенная модель, и, наконец, правильно интерпретировать полученные результаты.

Актуальность приобретения указанных навыков объясняется прежде всего тем, что практически во всех науках о природе и обществе построение и использование моделей - мощное орудие познания. Реальные объекты и процессы бывают столь многогранны и сложны, что лучшим способом их изучения часто является построение и исследование модели, отображающей лишь какую-то грань реальности и потому многократно более простую, чем эта реальность. Многовековой опыт развития науки доказал на практике плодотворность такого подхода. И поэтому "современный этап развития образования, в частности общего среднего образования, характеризуется повышенным вниманием к понятию модели и методологии моделирования применительно к различным областям знания. Примером этому может служить включение понятия "модель" в содержание образовательной области "Физика", "Математика", "Химия" и др. Общие идеи моделирования как универсального подхода к изучению сложных объектов используются практически во всех учебных курсах" [11]. Одной из причин этого является повышение уровня абстрактности знаний, получаемых в процессе обучения.

Значимость курса информатики в плане освоения учащимися моделирования как метода научного познания детально анализируется в методическом пособии С.Бешенкова и Е.Ракитиной "Моделирование и формализация" [11]. По мнению авторов, курс информатики в наибольшей степени (по сравнению с другими учебными предметами, оперирующими понятием модели) "способствует приведению в систему знаний учащихся о моделях и осознанному применению информационного моделирования в своей учебной (уже в среднем звене начинается активное применение информационных моделей как средства обучения и инструмента познания практически на всех предметах), а затем и практической деятельности. Построение моделей на уроках математики, физики, химии, биологии и пр. должно быть подкреплено изучением на уроках информатики вопросов, связанных с этапами построения модели, анализом ее свойств, проверкой адекватности модели объекту и цели моделирования, выяснением влияния выбора языка моделирования на то, какую информацию об объекте мы можем получить, изучая его модель и т.п." [11].

Причем, в педагогике моделирование должно рассматриваться в трех аспектах [11]:

-  как средство обучения, поскольку большая часть учебной информации поступает к обучаемому в виде учебных моделей самого разнообразного вида;

-  как инструмент познания, поскольку любая познавательная деятельность связана с построением моделей объекта изучения;

-  как объект изучения, поскольку любая модель может рассматриваться как новый конструктивный объект.

В преподавании информатики "моделирование должно рассматриваться и использоваться во всех названных аспектах, поскольку одна из задач информатики - научить учащихся работать с информацией, но это невозможно сделать, не научив их "работать" с информационными моделями" [11].

Методическое пособие [11] будет полезно учителям информатики в плане содержательной и методической проработки вопросов, связанных с изучением линии формализации и моделирования в базовом курсе информатики, анализа многочисленных примеров моделей из различных предметных областей, представленных в виде формул, графиков, таблиц, схем, алгоритмов, что, по нашему мнению, достаточно важно в контексте реализации методологической значимости курса информатики и его интегративного характера.

Говоря о формах проведения занятий по информатике, следует отметить, что все большее распространение получает метод проектов и кооперированная деятельность учащихся и связанные с этими подходами методы обучения: исследовательский, поисковый, метод мозговой атаки, сбор и обработка данных, анализ справочных и литературных источников, эксперимент и опытная работа, анализ и обобщение.

В контексте рассматриваемой проблемы, следует отметить, что метод проектов предполагает организацию деятельности учащихся по решению значимой в исследовательском, творческом плане проблеме, требующей, как правило, интегрированного знания, исследовательского поиска для ее решения. И в этом плане оспорить методологическую значимость информационных технологий достаточно сложно.

Заметим, что многие преподаватели уже накопили в этом направлении колоссальный опыт, необходимо его обобщить и распространить. Требуется коллективное решение указанной проблемы. И если информатика, как наука, уже начинает приобретать определенные очертания, то становление методики преподавания информатики еще впереди. И в становлении этой науки свое слово должны сказать и учителя-практики.

Для примера, мы приведем ниже один из вариантов изучения образовательной линии «Моделирование и формализация», учителя Мельникова З. П. Этот пример рассматривается нами как обобщение опыта многих учителей.

В обязательном минимуме содержания образования по информатике присутствует линия “Моделирование и формализация”. Содержание этой линии определено следующим перечнем понятий: моделирование как метод познания, формализация, материальные и информационные модели, информационное моделирование, основные типы информационных моделей. Линия моделирования, наряду с линией информации и информационных процессов, является теоретической основой базового курса информатики. Дальнейшее развитие общеобразовательного курса информатики должно быть связано, прежде всего, с углублением этих содержательных линий.

Предметом изучения информатики является информационное моделирование. Тема натурных моделей затрагивается лишь в самом начале, в связи с определением понятия модели и разделением моделей на материальные (натурные) и информационные. В свою очередь, информационное моделирование делится на моделирование объектов и процессов и моделирование знаний. Тема моделирования знаний - это тема искусственного интеллекта, разработка которой в базовом курсе информатики пока носит поисковый характер. Классификация моделей объектов и процессов производится по форме представления. По этому признаку модели делятся на графические, вербальные, табличные, математические и объектно-информационные. Последний тип моделей возник и развивается в компьютерных техноло­гиях: в объектно-ориентированном программировании и современном системном и прикладном программном обеспечении. Развитие темы объектного моделирования также можно отнести к поисковому направлению в базовом курсе.

Не следует считать, что тема моделирования носит чисто теоретический характер и автономна от всех других тем. Большинство последующих разделов базового курса имеют прямое отношение к моделированию, в том числе и темы, относящиеся к технологической линии курса. Изучавшиеся ранее текстовые и графические редакторы, программное обеспечение телекоммуникаций можно отнести к средствам, предназначенным для рутинной работы с информацией: позволяющим набрать текст, построить чертеж, передать или принять информацию по сети. Программные средства информационных технологий, которые предстоит изучать дальше - СУБД, табличные процессоры, следует рассматривать как инструменты для работы с информационными моделями. Алгоритмизация и программирование также имеют прямое отношение к моделированию. Следовательно, линия моделирования является сквозной для многих разделов базового курса.

Методические рекомендации по изложению теоретического материала

Место моделирования в базовом курсе.

Понятие модели; типы информационных моделей.

Что такое формализация.

Табличная форма информационных моделей.

Прежде чем перейти к прикладным вопросам моделирования, необходим вводный разговор, обсуждение некоторых общих понятий, в частности тех, которые обозначены в обязательном минимуме. Для этого в учебном плане должно быть выделено определенное время под тему “Введение в информационное моделирование”. Для учителя здесь возникают проблемы как содержательного, так и методического характера, связанные с глубоким научным уровнем понятий, относящихся к этой теме. Методика информационного моделирования связана с вопросами системологии, системного анализа. Степень глубины изучения этих вопросов существенно зависит от уровня подготовленности школьников. В возрасте 14-15 лет дети еще с трудом воспринимают абстрактные, обобщенные понятия. Поэтому раскрытие таких понятий должно опираться на простые, доступные ученикам примеры.

В зависимости от количества учебных часов, от уровня подготовленности учеников вопросы формализации и моделирования могут изучаться с разной степенью подробности. Ниже будут рассмотрены три уровня изучения: первый - минимальный, второй - дополнительный, третий - углубленный уровень.

В соответствии с тремя отмеченными уровнями можно выделить три типа задач из области информационного моделирования, которые по возрастанию степени сложности для восприятия учащимися располагаются в таком порядке:

) дана информационная модель объекта; научиться ее понимать, делать выводы, использовать для решения задач;

) дано множество несистематизированных данных о реальном объекте (системе, процессе); систематизировать и, таким образом, получить информационную модель;

) дан реальный объект (процесс, система); построить информационную модель, реализовать ее на компьютере, использовать для практических целей.

Первый, минимальный уровень содержания темы “Введение в информационное моделирование” соответствует материалу, изложенному в главе 6 учебника Семакина И.Г. и др. Информатика: базовый курс: 7-9 кл.

Понятие модели. Типы информационных моделей. Разговор с учениками по данной теме можно вести в форме беседы. Сам термин “модель” большинству из них знаком. Попросив учеников привести примеры каких-нибудь известных им моделей, учитель наверняка услышит в ответ: “модель автомобиля”, “модель самолета” и другие технические примеры. Хотя технические модели не являются предметом изучения информатики, все же стоит остановиться на их обсуждении. Информатика занимается информационными моделями. Однако между понятиями материальной (натурной) и информационной модели есть аналогии. Примеры материальных моделей для учеников более понятны и наглядны. Обсудив на таких примерах некоторые общие свойства моделей, можно будет перейти к разговору о свойствах информационных моделей.

Расширив список натурных моделей (глобус, манекен, макет застройки города и др.), следует обсудить их общие свойства. Все эти модели воспроизводят объект-оригинал в каком-то упрощенном виде. Часто модель воспроизводит только форму реального объекта в уменьшенном масштабе. Могут быть модели, воспроизводящие какие-то функции объекта. Например, заводной автомобильчик может ездить, модель корабля может плавать. Из обобщения всего сказанного следует определение:

Модель - упрощенное подобие реального объекта или процесса.

В любом случае модель не повторяет всех свойств реального объекта, а лишь только те, которые требуются для ее будущего применения. Поэтому важнейшим понятием в моделировании является понятие цели. Цель моделирования - это назначение будущей модели. Цель определяет те свойства объекта-оригинала, которые должны быть воспроизведены в модели.

Полезно отметить, что моделировать можно не только материальные объекты, но и процессы. Например, конструкторы авиационной техники используют аэродинамическую трубу для воспроизведения на земле условий полета самолета. В такой трубе корпус самолета обдувается воздушным потоком. Создается модель полета самолета, т. е. условия, подобные тем, что происходят в реальном полете. На такой модели измеряются нагрузки на корпусе, исследуется прочность самолета и пр. С моделями физических процессов работают физики-экспериментаторы. Например, в лабораторных условиях они моделируют процессы, происходящие в океане, в недрах Земли и т.д.

Условимся в дальнейшем термин “объект моделирования” понимать в широком смысле: это может быть и некоторый вещественный объект (предмет, система) и реальный процесс.

Закрепив в сознании учеников понимание смысла цепочки • объект моделирования - цель моделирования - модель”, можно перейти к разговору об информационных моделях. Самое общее определение:

Информационная модель - это описание объекта моделирования.

Иначе можно сказать, что это информация об объекте моделирования. А как известно, информация может быть представлена в разной форме, поэтому существуют различные формы информационных моделей. В их числе, словесные, или вербальные модели, графические, математические, табличные. Следует иметь в виду, что нельзя считать этот список полным и окончательным. В научной и учебной литературе встречаются разные варианты классификаций информационных моделей. Например, еще рассматривают алгоритмические модели, имитационные модели и др. Естественно, что в рамках базового курса мы вынуждены ограничить эту тему. В старших классах при изучении профильных курсов могут быть рассмотрены и другие виды информационных моделей.

Построение информационной модели, так же как и натурной, должно быть связано с целью моделирования. Всякий реальный объект обладает бесконечным числом свойств, поэтому для моделирования должны быть выделены только те свойства, которые соответствуют цели. Процесс выделения существенных для моделирования свойств объекта, связей между ними с целью их описания называется системным анализом.

Форма информационной модели также зависит от цели ее создания. Если важным требованием к модели является ее наглядность, то обычно выбирают графическую форму. Примеры графических моделей: карта местности, чертеж, электрическая схема, график изменения температуры тела со временем. Следует обратить внимание учеников на различные назначения этих графических моделей. На примере графика температуры можно обсудить то обстоятельство, что та же самая информация могла бы быть представлена и в другой форме. Зависимость температуры от времени можно отразить в числовой таблице - табличная модель, можно описать в виде математической функции - математическая модель. Для разных целей могут оказаться удобными разные формы модели. С точки зрения наглядности, наиболее подходящей является графическая форма.

А что обозначает слово “формализация”? Это все то, о чем говорилось выше.

Формализация - это замена реального объекта или процесса его формальным описанием, т. е. его информационной моделью.

Построив информационную модель, человек использует ее вместо объекта-оригинала для изучения свойств этого объекта, прогнозирования его поведения и пр. Прежде чем строить какое-то сложное сооружение, например мост, конструкторы делают его чертежи, проводят расчеты прочности, допустимых нагрузок. Таким образом, вместо реального моста они имеют дело с его модельным описанием в виде чертежей, математических формул. Если же конструкторы пожелают воспроизвести мост в уменьшенном размере, то это уже будет натурная модель - макет моста.

.2 Проектирование и разработка учебно-методического комплекса

.2.1 Предпосылки и условия возникновения электронных учебно-методических комплексов

Первые опыты по применению компьютеров в образовании относятся к началу 60-тых годов. Появились первые программные обучающие средства в виде автоматизированных учебных курсов, затем автоматизированных обучающих систем (АОС), реализующих парадигму программированного обучения. Динамика развития программного обеспечения, появление персональных компьютеров (ПК) третьего поколения, развитие телекоммуникационных технологий активно инициирует процессы внедрения и использования новых информационных технологий (НИТ) в образовании. Все это вместе взятое привело к появлению мультимедийных автоматизированных обучающих систем (МАОС).

Главной отличительной особенностью технологий обучения, основанных на использовании НИТ, от традиционных является применение компьютера в качестве нового и динамично развивающегося средства обучения, использование которого кардинально меняет систему форм и методов преподавания.

Назовем компьютерной обучающей программой (КОП) компьютерную программу многократного применения, специально разработанную или адаптированную для реализации педагогической функции учения или обучения при взаимодействии с обучаемым. Программы этого типа четко ориентированы на компьютерную поддержку процесса получения информации и формирования знаний в какой-либо области, закрепления навыков и умений, контроля или тестирования знаний.

В соответствии с двумя основными видами познавательной деятельности (учение или обучение) обучающие средства подразделяют на два класса - учебные среды и обучающие программы [24].

Глобальная педагогическая цель учебных сред - развитие творческих способностей обучаемого путем создания благоприятной среды, исследуя которую обучаемый приобретает нужные знания, а практическая задача - тренинг в решении задач определенного класса.

Обучающая программа должна обеспечить реализацию следующих педагогических целей: демонстрацию учебного материала; тренинг в определенной области; тестирование и диагностику в целях контроля за ходом процесса обучения; собственно обучение.

Четко очерченной границы, с точки зрения выполняемых методических функций, между учебными средами и обучающими программами нет. Единственное различие между обучающими средствами этих классов - отсутствие контроля фискального типа в учебных средах и наличие его в обучающих программах. Думается, что в перспективе, данная возможность будет присутствовать и в тех, и в других.

Современные КОП реализуют следующие стили обучения или их комбинации: объяснительное обучение; собеседование преподавателя и ученика; консультативное обучение; согласованная деятельность.

Объяснительное обучение. Ученику представляются многочисленные примеры решения задачи и объясняются значения каждого элемента знаний в процессе получения конечного результата. Процесс обучения представляется как процесс последовательной активизации знаний.

Собеседование преподавателя и ученика. В процессе собеседования позиции преподавателя и ученика являются активными. Преподаватель старается выявить пробелы в знаниях ученика, а последний пытается углубить свои знания через диалог с преподавателем. Хотя программная реализация собеседования очень сложна, но оно позволяет избежать механического обучения и довольно точно оценить уровень подготовки обучаемого.

Консультативное обучение. Подход предполагает более активную деятельность обучаемого в учебной среде, в которой ему предлагаются задачи, раскрывающие изучаемую предметную область и представляется возможность для их исследования. В этом режиме пользователь играет активную роль, а система - пассивную. В этом случае система превращается в некоторое подобие «электронной энциклопедии» с обеспечением доступа в режиме справочника. Аналогичная консультационная учебная помощь становится необходимой компонентой учебных сред и должна содержать как концептуальные, так и операционные знания, а также средства, необходимые для представления учебных материалов, организации режимов изучения (объяснение, закрепление, диагностика, повторение, исследование) и задания модели студента, учитывающей предысторию и параметры его обучения.

Согласованная деятельность. Ставится сложная (общая) задача, решение которой реализуется групповым методом в виде деловой игры или проектного обучения. При этом без согласованных действий обучаемых в процессе решения задачи оптимальное достижение цели невозможно.

На современном этапе развития НИТ, программно-аппаратных средств, опыта использования ПК в учебном процессе целесообразно принять следующую классификацию КОП по функциональным признакам: электронные учебники - ЭУ; лабораторные практикумы - ЛП; тренажеры - ТР; контролирующие программы - КП; справочники, базы данных учебного назначения - УБД; предметно-ориентированные среды (учебные и специализированные пакеты, моделирующие программы) - ПОС.

Электронный учебник. Электронный учебник - это программно-методический комплекс, обеспечивающий возможность самостоятельно освоить учебный курс или какую-либо его часть. ЭУ соединяет в себе свойства обычного учебника, справочника, задачника и лабораторного практикума.

Лабораторный практикум. Программы этого типа используются для проведения наблюдений над объектами, их взаимосвязями, или некоторыми их свойствами; для обработки результатов наблюдений, их численного и графического представления; для исследования различных аспектов использования этих объектов на практике.

Тренажер. Тренажеры служат для отработки и закрепления технических навыков решения задач. Они должны обеспечивать получение информации по теории и приемам решения задач, тренировку на различных уровнях самостоятельности, контроль и самоконтроль.

Контролирующие программы. Контролирующие программы это программные средства, предназначенные для проверки (оценки) качества знаний.

Справочники, базы данных учебного назначения. Программы этого типа предназначены для хранения и предъявления ученику разнообразной учебной информации учебного характера. Для этих материалов характерны иерархическая организация и быстрый поиск информации по различным признакам или контексту.

Предметно-ориентированная среда - это учебный пакет программ, позволяющий оперировать с объектами определенного класса. Ученик оперирует объектами среды, руководствуясь методическими указаниями, в целях достижения поставленной дидактической задачи, либо производит исследование, цели и задачи которого поставлены им самостоятельно.

Положительный опыт использования КОП в наибольшей степени накоплен в преподавании математических дисциплин. В математике это базируется на следующих предпосылках: накоплен огромный опыт в формализации и алгоритмизации методов решения задач, их графической и анимационной интерпретации; применяются апробированные, хорошо реализуемые с помощью компьютера, дидактические приемы и методики преподавания; математику преподают наиболее подготовленные в области информационных технологий кадры преподавателей; появляется все более «продвинутое» программное обеспечение, первоначальное освоение которого идет в основном среди математиков.

Однако процесс разработки и дальнейшего использования КОП проходит не совсем гладко. Общим недостатком является то, что при разработке технического задания на КОП акцент делается не на конечную цель - обучение, а на технологию программной реализации. Это происходит чаще всего потому, что использование компьютеров в реальном учебном процессе должно приводить к определению перечня функций, которые будут возложены на компьютер, к пересмотру методики преподавания предмета и графика учебного процесса.

Современный ПК выступает здесь не как средство для расширения информационной составляющей традиционной методики преподавания, а как принципиально новое средство обучения, кардинально меняющее технологию обучения. Это замечание относится к компьютеризации процесса обучения вообще, а не только к ее реализации для преподавания математических дисциплин.

Проиллюстрируем эволюцию КОП как с точки зрения программно-аппаратной реализации, так и со стороны компоненты, характеризующей главное содержание данного вида программного обеспечения - его информационно-методическое наполнение для реализации функции обучения (см. табл. 2) [24].

Таблица 2. Эволюция КОП на фоне развития информационных технологий

Уровень развития КОП

 Вчерашний

 Сегодняшний

 Завтрашний

Использование компьютера

ПК, учебный класс

ПК, учебный класс, локальная сеть

ПК, учебный класс, телематические системы

Виды ОС

MS DOS

MS DOS, Windows, OS7

Windows, OS7, UNIX, …

Программная реализация

Прямое программирование

Прямое програм-мирование, ИС,  прикладные пакеты

Интегрированные ИС,  прикладные пакеты

Уровень совместимости

Несовместимость

Частичная совместимость

Полная  Совместимость

Носитель КОП

Флоппи-диски

Флоппи-диски,  CD-ROM

CD-ROM,  учебный сервер

Степень  поддержки курсов

Разрозненные программы поддержки

Целостная  поддержка курсов

Комплексная поддержка  процесса обучения

Разработка КОП  под технологию обучения

____

Объединение  КОП на основе “навигаторов”

Реализация в КОП  комплексной поддержки процесса обучения на основе гипермедиа технологий


С приобретением опыта разработки, совершенствованием технологии программирования и, главное, опыта использования КОП в реальном учебном процессе, оттачивались методики их применения. В итоге были выявлены требования к свойствам КОП, их классификации, сферы применения и, в конечном итоге, к пониманию того, что компьютеризация образования ведет к смене технологии обучения.

В настоящее время происходит трансформация разрозненных программ поддержки частей курса в целостную компьютерную поддержку курса. В ряде случаев разработчики объединяют КОП на основе «навигаторов» по курсу. Современная КОП должна обладать следующими основными свойствами: соответствовать образовательным стандартам; поддерживать компьютеризированную методику обучения; быть реализованной с помощью современных инструментальных средств; иметь документацию для пользователя; в учебном процессе для КОП должно быть определено место и способ применения; КОП должны быть готовыми для использования в телематических системах (дистанционное образование).

Примером такого решения является создание электронного учебно-методического комплекса (ЭУМК). В нашей концепции электронного учебно-методического комплекса книга остается первым этапом в общении человека с новым знанием. Отсюда мультимедийная автоматизированная обучающая система (МАОС) - электронная составляющая комплекса - должна быть дополнением печатной книги, не заменой ее и она не должна вторгаться в общение человека с печатной книгой.

Все элементы МАОС в общей структуре ЭУМК являются аналогами соответствующих учебно-методических материалов, присутствующих в традиционной системе обучения и образующих основу комплекса в кейсовой технологии, разработанной на основе технологии модульного обучения (см. табл. 3).

Таблица 3. Комплекс учебных материалов, входящих в ЭУМК

ЭУМК - электронный учебно-методический комплекс

Кейсовая технология

МАОС

Учебные пособия модульного типа,  включающие в себя операционный модуль

ЭУ - электронный учебник


ЭЗ - электронный задачник


КП - контролирующая программа

Лабораторные работы

ЛП - лабораторный практикум

Справочная книга по курсу

УБД - учебная база данных

Рабочая тетрадь

ТР - электронная рабочая тетрадь


МАОС нужно рассматривать как обучающую информационную среду, которая является органическим продолжением традиционных методов обучения, построенных на книге, и которая в силу специфических интеллектуальных способностей ПК обеспечивает: быстрый и полный доступ к любой информации в гипертекстовом режиме; организацию изучения предмета на практических занятиях под руководством преподавателя; помощь обучаемым в организации самостоятельной работы; возможность выполнения упражнений и лабораторных работ, которые, в основном, могут быть реализованы за счет применения ПК; аудиовизуальные условия (графика, звук) для порождения нового знания через сходство по аналогии, сводя мотивационную и информационную составляющие поведения из разных полушарий в единую деятельность [25].

При создании МАОС учитывалось, что с позиций когнитивной эргономики словесные текстовые учебные материалы должны быть визуально оформлены. Текст на экране монитора усваивается иначе, чем написанный на бумаге. Текст в электронном учебнике является обучающей средой, готовящей к общению с упражнениями, но будучи создан в форме гипертекста, одновременно способен дать быстрый доступ к объемам информации, равноценным библиотекам учебников. Притом в оформлении гипертекста доступны все возможности, достижимые с помощью почти стандартизованных текстовых структур: рисунки-иллюстрации, математические формулы, различные способы форматированного оформления страниц и шрифтов. Использование элементов мультипликации, звуковое оформление при создании обучающего текста может придать дополнительную изобразительную ценность обучающей среде и оживить изложение учебного материала.

Без использования ЭУМК трудно достичь целого ряда целей профессионального математического образования: сформировать профессиональные мотивы (а не только познавательные интересы); выстроить системное представление о профессиональной деятельности математика в его крупных фрагментах; достичь целостной ориентировки в учебном материале (по сути математики) как в определенной сфере жизнедеятельности; научить не столько знанию как конечному продукту, но скорее процедуре усвоения материала в рамках специальной дидактической среды, создающей оптимальную психологическую и социальную ситуацию познания.

Реализация этих принципов в полном объеме позволяет формировать в студенте культуру личностно-творческой (самосозидающей) деятельности. Мы разрабатывали ЭУМК исходя из синергетического постулата о самоорганизации человеческого сознания. Задача педагога заключается в том, чтобы создать условия для пробуждения этого сознания, указать ориентиры личностного потенциала самоорганизации. ЭУМК выполняет функцию регулятора, побуждающего самостоятельно изучать данную науку, осмысливать собственные переживания и эмоции, строить собственную картину мира. Каждое новое знание (тем более знание о принципиально новом) изменяет представление человека о его месте в мире, оказывает "обратное" влияние на этот мир [26].

.3 Конструирование учебно-методического комплекса

.3.1 Конструирование содержания информационного модуля

Одним из наименее разработанных вопросов теории и практики технологии модульного обучения является описание процесса разработки учебных модулей. Отбор материала для модульной программы мы предлагаем производить в несколько этапов: моделирование, проектирование, конструирование.

До этапа моделирования следует определиться с понятием «уровень изучения предмета», поскольку от него зависит объем и качество содержания учебного материала. Один из подходов к уровню содержания образования предложен Б.Д. Комисаровым. Этот подход определяет следующие уровни содержания образования: мировоззренческий - формирование научного мировоззрения, ознакомление с научной картиной мира; методологический - ознакомление с методами и формами научного познания; теоретический - изучение фундаментальных и прикладных научных теорий; практический - раскрытие роли науки как производительной силы, формирование политехнического кругозора, профориентация.

На этапе моделирования содержания для модульной программы следует произвести отбор материала на уровне учебного предмета по следующему алгоритму (см. табл. 4).

Таблица 4.Алгоритм моделирования содержания учебного предмета

Шаги

Содержание

1.

Построение системы познавательных целей, исходя из возможностей учебного предмета, общей цели подготовки специалиста

2.

Отбор инвариантной части содержания образования

2.1

Первый способ: отбор ведущих идей и концепций по предмету в соответствии с ГОСТом. Наполнение этих идей и концепций в зависимости от уровня изучения предмета (мировоззренческий, теоретический, прикладной и т.д.)

2.2.

Второй способ: выбор одной или нескольких ведущих идей и концепций по данному предмету в зависимости от профиля обучения.  Схема: ведущая идея или концепция по разделу  соответствующая теория или закон; ведущая идея по теме  понятия, необходимые для усвоения этой идеи; по уроку - минимум фактов, необходимых для раскрытия содержания понятия.

3.

Отбор вариантной части содержания образования, направленной на выращивание потребностей в знаниях способов деятельности и отношений студентов.

3.1.

История науки. Биографии ученых.

3.2.

Анализ жизненных ситуаций. Обращение к личному социальному опыту студентов. Перевод житейских представлений студентов на уровень научных понятий.

3.3.

Использование эстетически, экологически и этически значимого материала.

4.

Составление учебной программы и технологической карты


Вторая ступень разработки учебного модуля - создание проекта. На этом этапе идея-модель доводится до уровня использования в конкретной учебно-воспитательной среде и зависит от уровня обученности студентов.

В зависимости от уровня обученности проектирование содержания сочетается с выбором методов обучения, направленных на прохождение студентами полного, углубленного или сокращенного вариантов обучения.

Реализация проекта в реальной студенческой аудитории - это уже методическая задача, а следовательно, третий этап разработки (конструирование).

Результатом проектирования будет набор учебных модулей, а также понятийный аппарат данной учебной дисциплины.

На этапе модульного проектирования содержания обучения курса следует идти следующим путем (см. табл. 5).

Самым трудоемким при конструировании модуля является создание учебного пособия (модульного пакета), поскольку помимо постановки целей обучения и отбора содержания, педагог должен предусмотреть систему управления учебными действиями студента и методическое обеспечение процесса усвоения (опорные конспекты, пояснения, тесты).

Таблица 5.Алгоритм проектирования содержания учебного предмета

ШагиСодержание


1.

В содержании предмета необходимо выделить ведущие, стержневые понятия (идеи, концепции).

2.

Определение базового (инвариантного) ядра и вариантной части содержания учебных модулей, соотнесение этого материала с уровнем познавательной деятельности учащихся

3.

Выделение укрупненных проблем профессионально-прикладного характера, разрешение которых требует знаний и умений по учебной дисциплине

4.

Отбор содержания и определение объема учебного модуля, отбор методов познавательной деятельности на основе принципов отбора.


В итоге своей многолетней практики применения модульного обучения в вузе и в последипломном обучении мы пришли к выводу, что наиболее оптимальной является следующая последовательность действий педагога при конструировании учебного модуля (см. табл. 6). Как видим, процесс разработки содержания учебного модуля идет в несколько этапов. Эти этапы соотносятся с моделью формирования содержания образования, разработанной в 70-е годы В.В. Краевским и И.Я. Лернером.

К какому уровню формирования содержания можно отнести разработку учебного модуля до непосредственного использования его в учебном процессе, когда он существует лишь в деятельности преподавателя (в его голове, в его замыслах, документах)? Очевидно, что не третьему, поскольку отбор осуществляется не только в рамках нормативных учебных материалов.

Сам отбор и структурирование материала в модуле все дидакты однозначно относят к творческой деятельности. Следовательно, между 3 и 4 уровнями должен быть еще один уровень - уровень проекта, сценария, которому предстоит воплотиться в предстоящий урок. В.И. Загвязинский выделяет его под названием «уровень сценария урока». Проектирование содержания модуля и относится к этому уровню. Спланированная взаимосвязь педагога и обучаемого - это уже уровень педагогической действительности. Но это уже не конструирование, а организация обучения по усвоению содержания учебного модуля. Если студенты извлекли из модуля содержание, т.е. выполнили все задачи на заданном уровне, то они перешли на пятый уровень.

Таблица 6. Алгоритм построения учебного модуля

Шаги

Содержание

1.

Формулировка целей обучения.

2.

Определение базовой подготовки через входной контроль, то есть установление уровня обученности.

3.

Конструирование содержания познавательной части УМ на основе логической структуры курса.

3.1.

Выявление УЭ модуля.

3.2.

Выявление связей между УЭ.

3.3.

Определение уровней усвоения УЭ модуля.

3.4.

Определение осознанности усвоения УЭ модуля через формирование системы тестовых и контрольных заданий.

3.5.

Разработка системы методов обучения.

4.

Конструирование содержания операционной части на основе логической структуры профессиональных умений.

4.1.

Выявление общеучебных и специальных учебных умений и навыков. Их систематизация.

4.2.

Формирование мотивационной структуры действий.

4.3.

Формирование системы ООД и комплектов ООД.

4.4.

Подбор системы учебных заданий для формирования системы исполнительских действий.

4.5.

Формирование системы корректирующих действий.

4.6.

Формирование системы контрольных действий.

4.7.

Выбор методов обучения и ТСО.

5.

Учет специфики учения в зависимости от режима работы обучаемого

5.1.

Составление пояснений и заданий к учебным текстам с учетом барьеров понимания для работы студентов в режиме «Работа под руководством модуля».

5.2.

Формирование системы видов самостоятельных заданий.

5.3.

Формирование системы машинного контроля.

6.

Оформление УМ в пакет на основе принципов конструирования: модульности (дозовости); визуализации; учета уровня обученности.


Таким образом, учебный модуль как педагогическое понятие является средством реализации и формой воплощения содержания образования в контексте деятельности преподавателя и студента. С этой точки зрения его можно рассматривать как инвариант, обобщающий все признаки и черты конкретных модулей. Таков педагогический смысл учебного модуля как объекта сферы обучения. Процесс же разработки модуля - это современная, технологическая интерпретация модели В.В. Краевского и И.Я. Лернера, что указывает на преемственность идей в дидактике.

2.3.2 Конструирование содержания операционного модуля

Выделение операционной части из каждого модуля, входящего в модульную программу, в отдельный операционный модуль имеет значительные преимущества.

Во-первых, операционный модуль является эквивалентом задачника в традиционной системе обучения, что положительно воспринимается преподавателями и студентами при смешанной системе обучения, в которой не все дисциплины используют технологию модульного обучения.

Во-вторых, электронная версия операционного модуля является по своей сути базой данных при конструировании контролирующей части каждого модуля в мультимедийной автоматизированной обучающей системе, составляющей ядро всего учебного комплекса.

В-третьих, операционный модуль вместе с рабочей тетрадью значительно улучшает качество организации и проведения семинарских и лабораторных занятий, а также самостоятельной работы студентов.

Содержание операционного модуля отбирается в соответствии с конкретной целью: сформировать умения применять теоретические знания для решения конкретных практических задач.

Поскольку в литературе имеются различные подходы к понятиям типа «задача», «упражнение», «учебное задание» и т.п., следует определиться в терминологии. «Учебное задание» - это наиболее общее понятие, оно родовое по отношению к видовым: задаче, упражнению, ситуации. Учебные задания можно соотнести с уровнями формирования содержания образования. На уровне учебного материала есть разные способы представления этого материала: тексты, вопросы к ним, упражнения, задачи. На уровне педагогической действительности все они «тоже являются заданиями, стимулирующими определенный вид учебной деятельности», поскольку в учебном процессе обязательно будет предписание педагога относительно текста (пересказать, составить конспект и т.д.). Вот почему А.И. Уман предлагает считать заданием на педагогическом уровне в действительности любой учебный материал, если в нем имеются [40]:

-  предписание совершить некоторые действия (простые или сложные) для достижения определенного результата, т.е. цель задания;

-  указание на объект, относительно которого должно быть совершено действие, т.е. условие задания;

-  отношением между указанными двумя факторами, потенциально содержащие в себе способ достижения необходимого результата.

При таком подходе упражнением будет тип задания, характеризующийся подсказанностью способа решения, что обусловливает репродуктивный уровень деятельности ученика. Задачей будет тип задания, характеризующийся недосказанностью способа решения, что обусловливает творческий характер деятельности ученика. Вопрос - это разновидность задачи или упражнения, особым типом задания не является.

Включаемые в операционный модуль задачи и упражнения должны быть определенным образом связаны между собой, т.е. образовывать систему. Сложность установления связей между задачами и упражнениями внутри модуля вытекает из противоречивого характера процесса обучения. Обучение - это не просто система, а то, что философы называют «системный комплекс» [41]. По сути обучение - это комплекс двух разнородных систем: системы двух деятельностей (преподаватель-обучаемый) и системы текстов, задач, заданий, воплощающих содержание образования. Совершенствование системного комплекса состоит в укреплении связей между элементами:

-  преподавателем и обучаемым;

-  преподавателем и содержанием модуля, которое он разрабатывает;

-  студентом и системой задач, которые он решает;

-  задачами внутри системы.

Модуль, следовательно, является противоречивым по своему статусу. С одной стороны, он передает студенту содержание образования (а значит, связан через это содержание с целями, методами, формами организации), с другой - участвует в развертывании учебного процесса (а значит, повернут на способы и подходы к решению задач на занятии). Статус модуля как основного элемента процесса обучения требует систематизации и упорядочения учебных заданий при разработке способа конструирования учебного процесса.

Для использования в обучении учебных заданий их надо упорядочить на уровне учебного материала (по И.Я Лернеру) или на уровне замысла (по В.И. Загвязинскому), т.е. рассмотреть их как объект сферы обучения. В литературе существуют разные классификации учебных заданий в зависимости от классификационного признака. Существуют классификации, ориентирующиеся на:

-  структурно-компонентный состав заданий;

-  деятельность ученика;

-  деятельность учителя;

-  содержание и структуру изучаемого материала.

В соответствии с целевым подходом нас интересует вторая классификация, так как она основана на системе операций, составляющих процесс выполнения задания. Классификации, ориентированные на деятельность обучаемого, могут иметь в основе различные признаки:

-  характер деятельности;

-  языковые и речевые формы, в которых протекает деятельность;

-  степень сложности деятельности;

-  степень самостоятельности.

Характер деятельности (репродуктивный, поисковый, творческий) - это сущностная характеристика деятельности ученика. Ю.К. Бабанский совершенно справедливо писал о репродуктивной, репродуктивно-поисковой и творческой учебно-познавательной деятельности учащихся и считал, что задача педагога - предусмотреть разные формы управления их учебной деятельностью, чтобы достичь максимально возможных результатов за минимальное время. Именно потому, что эта классификация позволяет решить главный вопрос организации (вопрос последовательности видов заданий в обучении), многие исследователи и используют ее в своих разработках (В.Е. Володарский, С.И. Зубов, И.Я. Лернер, А.И. Уман, Л.М. Фридман, П.М. Эрдниев и др.).

Деление заданий на репродуктивные, поисковые и творческие позволяет сосредоточиться на заданиях творческого характера, а значит, готовить творчески мыслящих специалистов. Репродуктивные задания должны предшествовать заданиям творческого характера.

В рамках этой же классификации можно определить подготовительные (репетиционные) и основные задания. В частности, такое разделение можно встретить в работах А.Е. Дмитриева, М.И. Зарецкого, Ф.Ф. Нагибина и др.

Понятие «степень самостоятельности ученика» позволяет преподавателям делить задания на классные (аудиторные) и домашние (самостоятельные). Это деление заданий является общепринятым в педагогических системах, хотя виды домашних заданий выделяются по разным основаниям: для закрепления пройденного материала; для подготовки к усвоению нового материала.

В системе вузовского обучения разработка учебных заданий в первую очередь должна учитывать признак «степень сложности деятельности», поскольку главная цель профессиональной подготовки - научить видам профессиональной деятельности. Лучше всего этим целям отвечает классификация Ю.К. Бабанского.

Поскольку от студентов младших курсов требуется самостоятельность действий в типичных ситуациях (например, выполнение какого-либо проекта или решение учебных задач по алгоритму или правилу), то прежде всего подбирается комплект типовых задач.

Типовые задачи формируют простые умения в соответствии с целями модуля. Например, в модуле "Классификация дифференциальных уравнений в частных производных второго порядка" типовые задачи исполнительского блока формируют следующие умения:

-  определять тип дифференциального уравнения в частных производных второго порядка для любого числа независимых переменных;

-  знать примеры основных уравнений математической физики и уметь их выводить;

-  иметь представление о корректной постановке основных краевых и начально-краевых задач и знать примеры некорректных задач;

-  овладеть методом мажорант при доказательстве теоремы Коши-Ковалевской.

Поэтому, задания к типовой задаче из данного модуля могут выглядеть следующим образом:

-  определите тип уравнения в случае 2 независимых переменных;

-  приведите уравнение к каноническому виду;

-  постройте общее решение уравнения (если это возможно).

Следующая подструктура операционного модуля - комплект комплексных задач. С их помощью обучаемые в соответствии с дидактическими целями модуля осваивают комплексное умение на основе сформированных простых умений.

Результатом решения типовых и комплексных задач является сформированная исполнительская самостоятельность, которая позволяет обучаемому выполнить действие или серию действий, руководствуясь известным ему алгоритмом. На основании этих алгоритмов обучаемый может выполнять серию действий в типичных ситуациях. Образцом комплексной задачи может служить следующее задание: для уравнения, не приведенного к канонической форме, укажите примеры корректной постановки краевых задач для заданных областей и опишите методы их решения.

Решение комплексных задач способствует выработке умения самостоятельно комбинировать уже освоенные способы деятельности с новыми, видеть новые функции известного опыта.

Для того чтобы сформировать самостоятельность действий в нетипичных ситуациях, а также творческую самостоятельность, подбираются ситуационные или проблемные задачи. Так, примером проблемной задачи может служить, например, следующая: поставьте краевую задачу о малых продольных колебаниях однородного упругого стержня, один конец которого жестко закреплен, а другой испытывает сопротивление, пропорциональное скорости. Сопротивлением среды можно пренебречь.

Решение проблемных задач выводит на такой уровень деятельности, когда студент может принять оптимальное решение в неординарной ситуации, активно ставить себе цели и даже понимать себя как субъекта этой деятельности. Помимо этого, через проблемные задачи студент овладевает культурой научного исследования.

Такой подход к профессиональному обучению гораздо более реалистичен, на наш взгляд, чем набор отдельных вопросов на изучаемую тему, рассмотренную безо всякой связи с реальностью. Ситуационное обучение ориентируется на то, что знания и умения даются не как предмет, на который должна быть направлена активность студента, а в качестве средства решения задач деятельности специалиста. Таким образом, студенту задаются контуры и контексты его будущего профессионального труда.

Идея Ю.К. Бабанского о трех уровнях учебной деятельности была подхвачена и продуктивно дополнена в работах В.П. Беспалько, И.Я. Лернера, А.К. Марковой, которые предлагают еще два уровня: творчески-активный и творчески-инициативный. На наш взгляд, можно предложить и два типа учебных проблемных задач для обучения на этих уровнях:

-  учебно-проблемную ситуацию, моделируемую в учебном процессе самим преподавателем с помощью известных способов создания проблемных ситуаций;

-  научно-исследовательскую ситуацию, нацеленную на выявившееся и осознанное в науке противоречие между наличным уровнем познания предмета и появившимися новыми научными представлениями о нем.

Завершается операционный модуль комплектом контрольных заданий, позволяющих установить уровень сформированности самостоятельных действий обучаемых. В соответствии с уровнем самостоятельности действий подбираются задачи определенной сложности, входящие в комплект контрольных заданий. По результатам усвоения материала для каждого обучаемого определяется его индивидуальный уровень сформированной самостоятельности действий.

2.4 Конструирование учебно-методического комплекса содержательной линии «Моделирование и формализация»

Использование новых информационных технологий (НИТ), реализуемых с помощью современной компьютерной, телекоммуникационной техники, средств мультимедиа, влечет за собой изменения в системе образования, приводит к появлению новых педагогических технологий. Появление ЭУМК в математическом образовании, ориентированном на технологию модульного обучения, вполне объяснимо. Для математиков НИТ являются как предметом изучения, так и инструментом профессиональной деятельности.

С расширением спектра носителей информации и средств доступа к ней, развитием сетевых технологий, появляется возможность для организации постоянного общения между преподавателем и студентом по телекоммуникационным каналам. Первоначально информационно-образовательную систему удаленного доступа в учебный процесс включают обычно ее разработчики при реализации традиционного очного образования по естественнонаучным дисциплинам и только затем она внедряется в заочное или дистанционное образование. Это связано с тем, что при разработке таких программных продуктов имеются трудности не только технологического, но и организационного и методического характера.

Одной из главных проблем при разработке любой КОП является подбор коллектива исполнителей, потому что одному человеку редко удается совместить совокупность знаний, умений и навыков: знание учебного предмета; умения программиста, владеющего всеми необходимыми навыками для работы с НИТ; необходимую подготовку в области дизайна, работы со звуком и видео. В таком коллективе обязательно должен быть специалист, владеющий методологией структуризации и проектирования учебной информации, знакомый с основами педагогики и психологии, знающий особенности восприятия электронной информации. Таким образом, можно рекомендовать следующий состав группы разработчиков. Кроме автора курса и программиста (последних может быть и два на один курс, но не больше, так как будет заметна разница в подходе к проектированию) в группу должен входить дизайнер, владеющий навыками программирования, специалист в области педагогики и психологии (если автор не обладает необходимыми знаниями), оператор для работы с мультимедиа-вставками. Два последних специалиста могут одновременно работать с разными группами разработчиков.

По отношению к учебному материалу, предоставляемому автором, также нужно выработать унифицированные входные критерии, касающиеся структуры членения (модуль, учебный элемент, супер-фрейм, фрейм, слот), стилевой разметки, применяемых акцентов, способом описания медиаданных, приемов связывания.

Кроме переноса учебной информации на электронные носители и представления ее с помощью средств мультимедиа, нужно разработать компьютерные тренажеры и системы тестирования знаний, научиться использовать мировые информационные ресурсы, отладить систему удаленного доступа для общения студентов с преподавателями.

В ходе опытно-экспериментальной работы мы подготовили следующую схему разработки МАОС:

После того, как автор ознакомится с образцами уже работающих программ и ограничениями по организации и представлению информации, он определяет тематику и объем разрабатываемого курса, состав (набор компонентов) МАОС.

Параллельно коллектив технических специалистов формирует предложения по информационным технологиям и методам их реализации, стилю общего интерфейса и дизайна.

Во время коллективного обсуждения уточняется и принимается программа работ по конструированию каждой компоненты МАОС.

Автор (или специалист по знаниям) приводит учебный материал в соответствие с изложенными требованиями к формализованному описанию информации.

Технические специалисты обрабатывают поэтапно формализованный материал и представляют его автору для проверки.

Работа в режиме разделения процессов проектирования курсов и этапов кодирования позволяет значительно снизить сроки разработки программных продуктов, повышает их качество и надежность в эксплуатации, облегчает процесс сопровождения, актуализации и поддержки МАОС в течении длительного времени. Тем более в процессе такой деятельности создается коллектив разработчиков, способный к адаптации уже отработанной технологии для других учебных дисциплин по данной специальности.

В этом случае, во-первых, автоматически решается проблема учета междисциплинарных связей, так как внутренняя связь и поиск информации обеспечиваются уже самим единым форматом данных и возможностью иметь единую базу данных. Во-вторых, можно будет избежать повторения материала в различных учебных дисциплинах. В-третьих, установленные на сервере такие УЭМК под общим управлением (АСУ-кафедра, АСУ-специальность) будут доступны всем преподавателям и студентам, что позволит действительно осуществить междисциплинарные связи в реальном учебном процессе. В-четвертых, изготовление по единой технологии всех КОП позволит легко дополнять эту систему (принцип открытости построения) другими учебными материалами постепенно, не оказывая решающего влияния на сроки подготовки каждой КОП в отдельности.

Процесс разработки МАОС, являющейся по своей сути интеллектуальной системой, требует решения следующих основных задач:

-  выбор способа представления знаний;

-  реализация процесса логического вывода для выбранного способа представления знаний;

-  организация взаимодействия системы с пользователем в процессе эксплуатации;

-  создание средств для начального заполнения базы знаний и ее пополнения в процессе использования системы.

МАОС представляет собой сложный программно-информационный комплекс, информационной составляющей которого является база знаний системы, а программной - средства решения перечисленных выше задач.

Объектно-ориентированное программирование (ООП) успешно применяется для решения задач организации диалога с пользователем, а также в тех предметных областях, где набор программно реализуемых объектов ограничен и их свойства достаточно очевидны.

В области интеллектуальных систем набор объектов, образующих систему, гораздо менее очевиден. С большой долей уверенности можно утверждать, что в системе будут использованы:

-  объекты (одного или нескольких типов) для представления и организации знаний;

-  объекты (одного или нескольких типов), реализующие тот или иной способ логического вывода;

-  объекты, реализующие интерфейс с пользователем при решении той или иной задачи при конструировании МАОС;

-  объекты, обеспечивающие получение новых знаний, их систематизацию и контроль непротиворечивости с существующей базой.

Наиболее определенными в настоящее время можно считать интерфейсные объекты. Они осуществляют вывод информации на экран в процессе решения задачи и формы этого вывода достаточно ограничены:

-  текстовая информация (запрос, ответ);

-  графическая информация (схемы, графики, диаграммы, рисунки);

-  звуковой сигнал, которым может сопровождаться то или иное действие (в том числе и в виде речи).

Ввод данных пользователем также осуществляется ограниченным числом методов:

-  алфавитно-цифровой ввод с клавиатуры;

-  указание координат экранных объектов с помощью «мыши» или аналогичного устройства;

-  ввод речевой информации на ограниченном естественном языке.

Природа интерфейсных объектов в значительной мере определяется операционной средой, в которой будет функционировать интеллектуальная система. В настоящее время большая часть персональной вычислительной техники работает под управлением MS Windows NT, MS Windows 95/98 и выше, IBM OS/2 версии 2,0 и выше, Linux с эмулятором Windows. Все эти системы представляют разработчикам стандартные библиотеки для реализации тех или иных функций графического интерфейса пользователя.

Объекты, реализующие представление знаний, достаточно специфичны для каждого из известных способов организации знаний [43]. Например, широко распространенное в традиционных системах представление знаний в виде фреймов достаточно легко интерпретируется в рамках объектно-ориентированной технологии. В этом случае фрейму-прототипу соответствует класс, фрейму-экземпляру - объект этого класса, а слотам фрейма - данные-члены класса. Продукционные компоненты фрейма достаточно легко представляются функциями-членами класса, но при этом возникает традиционная дилемма между эффективностью и жесткостью компилируемых функций с одной стороны и гибкостью (возможностью модификации) и значительным временем исполнения интерпретируемых функций с другой. Эта проблема по-разному решается в различных языках, поддерживающих технологию ООП.

Объекты, реализующие прямой или обратный логический вывод, с одной стороны достаточно формализованы в смысле выполняемых действий, с другой стороны - зависят от выбранного способа представления знаний. Для фреймового представления, как одного из наиболее традиционных, эти объекты должны выполнять следующие действия:

-  формирование исходных данных, определяющих начальную ситуацию, в виде фреймов;

-  просмотр правил, составляющих базу знаний и выявление правил, применимых в данной ситуации;

-  выбор одного из применимых правил, его использование и изменение данных в слотах одного или нескольких фреймов;

-  проверку условия конца поиска, т.е. факта достижения заданной целевой ситуации.

Рассмотренные типы объектов образуют ядро интеллектуальной системы, обладающей традиционной архитектурой и относящейся по современной классификации к системам первого поколения [44].

При создании МАОС учитывалось, что с позиций когнитивной эргономики словесные текстовые учебные материалы должны быть визуально оформлены. Текст на экране монитора усваивается иначе, чем написанный на бумаге. Текст в электронном учебнике является обучающей средой, готовящей к общению с упражнениями, но будучи создан в форме гипертекста, одновременно способен дать быстрый доступ к объемам информации, равноценным библиотекам учебников. Важно, что в оформлении гипертекста доступны все возможности, достижимые с помощью почти стандартизованных текстовых структур: рисунки-иллюстрации, математические формулы, различные способы форматированного оформления страниц и шрифтов. Использование элементов мультипликации, звуковое оформление при создании обучающего текста может придать дополнительную изобразительную ценность обучающей среде и оживить изложение учебного материала.

Поиски технологии, которая могла бы решить все перечисленные выше задачи, привели нас к Интернет-технологиям, которые используются в сети Internet и представляют собой широкий спектр деятельности человека в "виртуальном мире". Это и "on-line"-доступ к электронным учебникам и университетам, использование электронных переводчиков, баз данных и библиотек, теле- и видеоконференций, электронная почта, поисковые системы и многое другое. Возможности Internet помогают ориентироваться в море информации, предоставляемой WWW-сетью (World Wide Web), на основе каталогов Web-серверов и поисковых машин.

Так в WWW-сети информация представлена в основном в виде HTML-файлов (гипертекстов), то есть документов, связанных между собой взаимными ссылками. Таким образом, сама структура документа помогает организовать поиск необходимой информации. По второй, наиболее распространенной технологии проектирования, - Case-технологии - КОП реализуется как отдельная программа на одном из языков программирования. Но так как возможности подключения КОП, разработанной по Case-технологии, в программу, выполненную по Интернет-технологии, имеются, то мы остановились на первом варианте.

Последние спецификации HTML позволяют реализовать все возможности мультимедиа (графика, звук, анимация, видео), подключение новых средств представления информации (например, VRML - язык описания виртуальной реальности). При этом учебный курс (даже отдельная подпрограмма) может пополняться по мере разработки новых дополнительных возможностей (вставок) уже после сдачи программы, которая находится уже в режиме эксплуатации.

Эта технология позволяет использовать ссылки не только на документы, но и на исполняемые файлы на стороне сервера, благодаря чему можно включать в информационную систему как уже работающие готовые программы, так и вновь создаваемые.

Таким образом подготовленные КОП могут быть использованы на отдельных персональных компьютерах (ПК), в локальных и глобальных сетях, что очень важно для решения проблемы информационного и методического обеспечения удаленного доступа (например, при дистанционном обучении). При этом на основе электронного издания можно получить копии (CD, бумажную, на дискетах, сетевые) как всего курса, так и его отдельных частей.

Основными достоинствами Интернет-технологии являются платформенная независимость полученного программного продукта и весьма простой способ внесения исправлений. Действительно, переписать на сервере несколько файлов гораздо проще, чем посылать пользователю новую версию программы, разработанной, например, по Case-технологии. При этом, поскольку документы HTML фактически являются текстовыми файлами и для них не требуются компиляторы, то для этой технологии не нужно дополнительно покупать лицензионное программное обеспечение.

В качестве среды программирования мы предлагаем взять современную систему программирования Delphi версии 7.0 и выше, разработанную американской корпорацией Borland International Inc. и работающую под управлением 32-разрядных операционных систем Windows NT или Windows 95/98 и выше.

Наиболее распространенными алгоритмическими языками являются Паскаль и Си, которые в настоящее время используются практически на всех вычислительных системах от персональных компьютеров до суперЭВМ. Язык Турбо Паскаль версии 7,0 и выше, разработанный фирмой Borland, позволяет объединить в рамках единой системы мощный алгоритмический потенциал языка, методы объектно-ориентированного программирования, современную графику, удобные средства тестирования и отладки программ, а также обеспечить дружественный интерфейс с пользователями.

Этот язык, основанный на принципах структурного программирования и пошаговом методе проектирования программ, очень удобен для разработчиков при решении задач вычислительного и логического характера, символьной обработки, системного программирования. К несомненным достоинствам среды программирования Турбо Паскаль нужно отнести многооконную систему программирования и модульный принцип организации программирования, когда в процессе работы вся программа разбивается на модули (программы, блоки), а те, в свою очередь, состоят из подпрограмм.

На наш взгляд, использование Интернет-технологии вместе со средами программирования Delphi и Турбо Паскаль является оптимальным при разработке всех типов КОП, входящих в МАОС в настоящее время, позволяет решить все стоящие перед разработчиками задачи и имеет перспективу для движения в сторону построения интеллектуальных систем.

ЭУМК представляет собой компонентную составляющую системы средств обучения (ССО), опирающуюся на НИТ и ТСО. В нашей концепции ЭУМК книга остается первым этапом в общении человека с новым знанием. Отсюда МАОС - электронная составляющая комплекса - должна быть дополнением печатной книги, не заменой ее и она не должна вторгаться в общение человека с печатной книгой. Почти все элементы МАОС в общей структуре ЭУМК являются аналогами соответствующих учебно-методических материалов, присутствующих в системе обучения, основанной на ТМО, и образующих основу комплекса в кейсовой технологии.

В то же время МАОС нужно рассматривать как обучающую информационную среду, которая является органическим продолжением традиционных методов обучения, построенных на книге, и которая на базе все возрастающих возможностей НИТ обеспечивает:

-  быстрый и полный доступ к любой информации в гипертекстовом режиме;

-  организацию изучения предмета на практических занятиях под руководством преподавателя;

-  помощь обучаемым в организации самостоятельной работы;

-  возможность выполнения упражнений и лабораторных работ, которые, в основном, могут быть реализованы за счет применения НИТ;

-  аудиовизуальные условия (графика, звук) для порождения нового знания через сходство по аналогии, сводя мотивационную и информационную составляющие поведения из разных полушарий в единую деятельность [25].

Приведем основные положения, которые должны быть приняты во внимание при проектировании и конструировании компонентов (подпрограмм) МАОС.

Электронный учебник. На основе многолетнего опыта преподавания курса «Уравнения математической физики» по модульной технологии обучения на математическом факультете АГУ были разработаны и изданы модульные пакеты для всех пяти модулей курса с 1996 по 1999 годы в издательстве АГУ. Все эти учебные пособия рекомендованы Научно-методическим советом по математике и механике Учебно-методического объединения университетов России в качестве учебных пособий для студентов математических специальностей и направлений подготовки университетов.

Каждое из пяти учебных пособий модульного типа по курсу «Уравнения математической физики» представлено в двух вариантах:

-  на бумажном носителе - учебное пособие состоит из методической, информационной, операционной и контролирующей частей;

-  в электронном варианте - представляет собой часть электронного учебника (ЭУ) в его предъявляющей функции.

Поскольку технология модульного обучения предполагает строгую структурную организацию информации, то при создании ЭУ мы выделили в качестве минимального фрагмента - слот (абзац, ячейка), который представляет собой минимальный неделимый объем информации порядка 200-300 символов. Совокупность нескольких (4-8) слотов составляет фрейм (кадр), который помещается на экране и объединен общим смыслом. Заметим, что к качестве фрейма может выступать схема, рисунок, таблица, опорный конспект и т.п. Совокупность нескольких (4-9) фреймов, имеющих общую смысловую нагрузку, образует супер-фрейм. Таким образом, содержание каждого учебного элемента представляется в виде объединения супер-фреймов, а модуль состоит из определенного набора учебных элементов.

Каждый фрагмент снабжен указанием своего типа или (и) идентификатором. Кроме того, наиболее востребованные фрагменты (исходя из анализа структурно логической схемы курса по числу связей) снабжены ключевыми словами и могут иметь перечень ссылок на смежные и семантически близкие фрагменты.

Каждый супер-фрейм может быть реализован двумя способами. Первый способ - открытый - дает возможность просмотреть все фреймы последовательно один за другим. При втором способе - закрытом - в первом фрейме размещается только основная, обязательная для усвоения информация. Те части информации, которые можно "раскрыть", помещаются как ссылки. При выборе пользователем ссылки информация открывается, обнажая новый информационный уровень. При этом таких вложенных уровней может быть достаточно много, но рекомендуется использовать не более трех-четырех. Таким образом, обучаемый строит самостоятельно стратегию своего обучения.

Обратим внимание на сохранение единого стиля при оформлении ЭУ. Стиль помимо декоративных функций несет на себе возможность к организации полисенсорной подсознательной навигации по содержимому и акцентированию внимания на наиболее важных и значимых моментах восприятия информации в выбранном студентом режиме обучения. При этом от восприятия отсекается "ненужная" информация и обучаемый не допускает информационной перегруженности сознания. Для семантической организации материала должно быть выделено не более 5-7 основных семантических структур (см. табл. 7).

Таблица 7. Основные семантические структуры при выборе стилей

Наименование

Специфика

Значимость

Обычный текст

Основное содержание

Полезно к прочтению

Определение, теорема, лемма

Четкие формализованные описания

Обязательно к изучению

Доказательства

Основное содержание

Полезно к прочтению при углубленном изучении

Примеры

Образец, практическое применение

Обязательно к изучению

Важно

Основное содержание

Обязательно к изучению

Замечание

Дополнительная информация

Имеет значение при углубленном изучении

Совет

Рекомендация

Прочитать, если возникнут затруднения


При оформлении фрейма (кадра) можно в соответствие с ТМО порекомендовать оставить слева от учебного текста столбец (колонку) для размещения в нем знаков, повышающих внимательность обучаемых наряду со стилями представления текстовой информации. В качестве таких образцов можно предложить, например, следующие знаки [39]:

  

 - указывается цель, например, учения;

 

- обрати внимание, суть, важно;


 - контрольные вопросы;


- ответы на вопросы;


 - практическое задание;


 - обдумай это;


 - трудное место;

NB

обрати внимание, заучи, запомни;

Ф

 - факультативная информация.


Контролирующая программа (КП), электронный задачник (ЭЗ). Опыт преподавания этой дисциплины с использованием ТМО показывает, что самой трудоемкой для педагога частью, требующей времени и методических знаний, является разработка операционного блока модуля. Выделение операционной части из каждого модуля, входящего в модульную программу, в отдельный операционный модуль имеет значительные преимущества.

Во-первых, операционный модуль является эквивалентом задачника в традиционной системе обучения, что положительно воспринимается преподавателями и студентами при смешанной системе обучения, в которой не все дисциплины используют ТМО.

Во-вторых, операционный модуль вместе с рабочей тетрадью значительно улучшает качество организации и проведения лабораторных занятий, а также самостоятельной работы студентов.

В-третьих, с точки зрения внедрения новых информационных технологий в учебный процесс электронная версия операционного модуля является по своей сути базой данных при конструировании контролирующей части каждого модуля в МАОС.

В данный операционный модуль содержание операционных частей каждого из пяти модулей вошло в виде подмодулей с теми же наименованиями. Содержание операционного модуля отбиралось нами в соответствии с конкретной целью - сформировать умения применять теоретические знания для решения конкретных практических задач.

Поскольку целью вузовского образования является обучение видам профессиональной деятельности, то учебные задания классифицированы по признаку "степень сложности учебной деятельности студента" на три класса: типовые, комплексные и проблемные задачи. Типовые задачи формируют простые умения в соответствии с дидактическими целями модуля. Комплект комплексных задач позволяет освоить комплексное умение на основе сформированных простых умений в типичных ситуациях путем применения уже известных алгоритмов. Для того чтобы сформировать самостоятельность действий в нетипичных ситуациях, а также творческую самостоятельность, используются проблемные (ситуационные) задачи.

В операционный модуль включен и комплект контрольных заданий, позволяющих установить уровень сформированности самостоятельных действий обучаемых. Задания подбираются для проведения входного, текущего и итогового контроля как в устной, так и письменной форме.

Контрольные и экзаменационные материалы, входящие в контролирующие части каждого модуля (подмодуля) или разработанные дополнительно, осуществляют следующие виды контроля: входной, текущий, итоговый. Все эти материалы составляют базу данных как часть общей базы данных для контролирующей программы (КП), частью которой является электронный задачник (ЭЗ). В КП входят также программные средства, предназначенные для оценки качества знаний обучаемых, а также для их учета в течение заданного периода обучения.

Входной контроль осуществляется без привлечения преподавателя для определения базового уровня знаний студентов и может служить поводом для них по повторению необходимого материала, а для преподавателя - внесения изменений в учебный процесс.

Текущий контроль позволяет определить качество изучения обучаемыми отдельных учебных элементов или модулей. Примером текущего контроля могут служить коллоквиумы, контрольные работы, письменные опросы, тестирование. Результаты текущего контроля фиксируются и входят в рейтинг по предмету, формируемый в течение всего периода обучения.

Итоговый контроль проводится после изучения студентами всей модульной программы по курсу с учетом результатов промежуточного контроля. Это может быть итоговая контрольная работа или экзамен.

Для всех этих видов контроля может быть использовано тестирование как один из новых элементов образовательных технологий, нашедший широкое распространение в последнее время. На математическом факультете (МФ) была разработана и успешно функционирует в течение четырех лет компьютерная программа для организации сетевого тестирования. С помощью этой программы тестирование может быть организовано как на отдельном ПК, так и в локальных и глобальных сетях, включая Internet. Уже в течение четырех лет по этой технологии проходят вступительные экзамены по математике (устно) в Алтайский государственный университет, осуществляется входной и промежуточный контроль знаний студентов по ряду математических дисциплин. Данная программа допускает сопряжение с базой данных электронного задачника, а, следовательно, на ее основе можно осуществлять контролирующие функции в ЭУМК.

Лабораторный практикум (ЛП). Упражнения в электронном учебнике могут иметь ту особенность, что их исполнение без ПК просто невозможно. Так НИТ позволяют внедрить в учебный процесс лабораторные работы с использованием компьютерных программ и прикладных математических пакетов (Derive, MathCad, MatLab и т.п.). Эти программные средства избавляют студентов от рутинных вычислений, открывают суть изучаемой темы, помогая ее лучше усваивать, повышают эффективность самостоятельной работы. В обучении математиков изучение пакетов прикладных программ (в том числе и математических) является обязательным элементом Государственных образовательных стандартов (ГОС). Возможность неформального включения, получаемых в этом курсе знаний, при изучении других учебных дисциплин резко повышает интерес студентов, формирует прочные знания, умения и навыки в работе с математическими пакетами.

Учебная база данных (УБД). Справочная книга по курсу построена по принципу энциклопедии. В ней приводятся все определения, формулы, теоремы необходимые при изучении курса.

Электронный аналог справочника (УБД) представляет собой информационно-справочную систему (ИСС) учебного назначения, построенную для математической дисциплины, имеющей аксиоматический принцип построения учебной информации.

Современные ИСС строятся на основе гипертекста, дополненного средствами тематической навигации и контекстного поиска. Поскольку мы ориентируемся на работу в семействе операционных систем MS Windows, то наибольшее распространение получило здесь программное обеспечение на базе WinHelp. В глобальных компьютерных сетях основой ИСС является язык HTML (язык разметки гипертекста), на базе которого построена работа сети Интернет.

Вся эта база представляет собой совокупность связанных информационных объектов разделенных на два класса. Первый - класс понятий. Он содержит описания неопределяемых понятий и определения. Второй - класс утверждений - содержит формулировки аксиом, теорем, следствий из них, лемм, утверждений, основных формул.

Все информационные объекты находятся во взаимосвязи. Структуру этих связей можно представить в виде ориентированного графа, узлами которого являются информационные объекты, а ребрами - связи между ними.

Класс понятий образует основу графа. Ребра этой части графа направлены от базового понятия к определяемому. Вершинами графа являются описания неопределяемых понятий. Второй класс утверждений дополняет граф, образованный первым классом. Узел, отвечающий утверждению, соединен ребрами с узлами, содержащими входящие в него понятия. Направление ребра принимается от понятия к утверждению. Таким образом, этот класс не дает новых вершин графа.

В теории ИСС предусмотрено введение ребер третьего типа, которые формируются на основе принципа построения ссылок справочной системы. В данном случае ориентированные ребра третьего типа вводятся при упоминании термина, имеющего расшифровку, описание или пояснение от информационного объекта к упомянутому узлу. При этом ребра третьего типа могут совпадать с ребрами первых двух типов.

Все эти три типа ребер имеют самостоятельное дидактическое значение. Первый тип формирует систему понятий, второй - логическую взаимосвязь утверждений, третий - возможность оперативного использования информации для справки. Таким образом, для создания ИСС, построенной на аксиоматической основе, необходимо использовать программное обеспечение (WinHelp, HTML), способное дифференцировать ссылки (визуализацию, способ отработки), в зависимости от типа соответствующего ссылке ребра графа.

К достоинствам предлагаемого ЭУМК можно также отнести: повышение качества преподавания на основе быстрого оценивания знаний, умений и навыков студентов; мониторинг учебной аудитории; оперативное управление ходом учебного процесса; эффективную и удобную работу преподавателя в аудитории; оказание методической поддержки при организации самостоятельной работы студентов.

Применение ЭУМК, построенного на основе ТМО, в обучении студентов математических направлений и специальностей показало, что использование НИТ в учебном процессе дает наибольший эффект как раз в преподавании математики и информатики - областях знаний, органически связанных с этими технологиями. Средством обучения выступают в данном случае сами НИТ. Динамика развития программного обеспечения, аппаратной части активно инициирует процессы внедрения и использования НИТ в образовании.

Так уже сейчас можно рекомендовать для организации интерактивного общения преподавателя со студентами "оборудование для голосования", как его называют в России. Оно состоит из принимающего устройства для преподавателя (пульт управления); индивидуальных пультов дистанционного управления для студентов. При наличии такого оборудования (достаточно дорогого) можно проводить одновременно опрос аудитории до 250 человек в процессе деловых игр, тестирования, чтения лекции.

В заключение можно отметить следующее. Современное обучение математика в вузе востребует НИТ, поскольку резко возрос объем информации в обществе, а компьютер вошел во все сферы общественной жизни, превратив интеллектуальный труд в основу других видов и типов человеческой деятельности. Появление компьютера превращает образование в сферу воспитания, развития и саморазвития интеллектуально-нравственной культуры личности. Вопрос о том, получит ли общество взамен хищного и агрессивного "человека с ружьем" созидательного и совестливого "человека с компьютером", прямо зависит от образовательных технологий и от осознания преподавателем своей ответственности, своей учительской миссии.

Правильно построенный на основе ЭУМК учебный процесс, достигает не только цели профессионального математического образования, но и формирует профессиональные мотивы, дает системное представление о профессиональной деятельности математика, научает процедуре самообразования в рамках виртуально дидактической среды, создающей оптимальную психологическую и социальную ситуацию познания. За пультом компьютера студент становится более собранным, внимательным к своим действиям и операциям. У него развиваются самостоятельность мышления, уверенность в своих способностях и силах, личная ответственность.

Организация учебного процесса на основе комплекса режимов работы (поисковая, обучающая, контролирующая) учит его отдавать себе постоянный отчет в совершаемых действиях.

Организация самостоятельной учебной деятельности и повышение мотивации обучения на фоне мощнейшего интеллектуального роста оказываются всего лишь побочными и очевидными продуктами внедрения новых информационных технологий (НИТ) в образование. Как показывает отечественный и зарубежный опыт применения НИТ, а также наш более чем десятилетний стаж работы в этой области, ЭУМК позволяет обеспечить:

-  развитие наглядно-образного, наглядно-действенного, интуитивного, творческого видов мышления;

-  расширение изучаемой предметной области за счет возможностей моделирования, виртуального эксперимента, сокращения времени на поисковые работы;

-  вооружение студента способами усвоения учебного материала и решения задач на уровне реализации возможностей систем искусственного интеллекта;

-  формирование информационной культуры на уровне современного развития социума за счет осуществления информационно-учебной деятельности и работы с программными средствами и системами.

Все выше перечисленное показывает, что происходит переструктурирование программ учебных предметов и выстраивание их по тому образцу, по которому организуется исследовательская деятельность ученых.

Заключение

В данной работе, мы, сделали попытку описать и обобщить современные технологические процессы обучения, которые направлены на модернизацию системы высшего профессионального образования.

Основной концептуальной установкой в педагогике становится субъект-субъектная парадигма образования, которая рассматривает дидактические отношения как взаимодействие и сотрудничество личностей, участвующих в учебном процессе. Это переориентация системы профессионального образования предполагает поиск новых подходов к организации учебного процесса, в частности, оснащение его современными технологиями обучения.

Основной задачей технологизации образования является оптимизация, прежде всего, управление познавательной деятельностью студента. Критериями эффективности обучения студентов становятся содержание и уровень сформированности у них творческого отношения к учебному процессу. Овладение современными педагогическими технологиями позволит преподавателям вузов усовершенствовать индивидуальный стиль своей педагогической деятельности. Причем основой мастерства педагога становится не только ориентация на обучающие технологии, но и инновационное профессиональное мышление.

Изменения в методиках и технологиях преподавания, вызванные внедрением НИТ, существенно изменяют парадигму педагогической науки в целом, влияя на объект и предмет дидактики, перестраивая содержание образования.

Результатом педагогического воздействия ЭУМК является не приобретение знаний, умений и навыков, а раскрытие интеллектуального потенциала студента, формирование его готовности к творческой деятельности, воспитание в нем культуры познавательной деятельности, культуры самостоятельно добывать и применять знания.

Отметим, что этот совокупный обучающий эффект воздействия ЭУМК достижим при условии соблюдения принципов модульности, вариативности, проблемности, паритетности, стереоскопичности, открытости, на которых базируется совмещение ТМО с НИТ. Именно соблюдение всех технологических принципов является наиболее сложным в работе педагога-технолога. Пренебрежение к дидактическим принципам приводит к созданию низкокачественных компьютерных программ, которые наносят прямой вред самой идее информатизации образования и отвращают от нее многих преподавателей и студентов.

Литература

1.  Ершов А.П. Информатика: предмет и понятие // Кибернетика. Становление информатики. - М.: Наука, 1986.

. Информатика: Учебник / Под ред. проф. Н.В.Макаровой. - М.: Финансы и статистика, 1997.

. Глушков В.М. Основы безбумажной информатики. - М.: 1982.

. Агеев В.Н., Древс Ю.Г. Электронные издания учебного назначения: концепции, создание, использование. М.: МГУП, 2003. - 236с.

. Осетрова Н.В., Смирнов А.И., Осин А.В. Книга и электронные средства в образовании. М.: Издательский сервис; Логос, 2003. - 144с.

. Стародубцев В.А. Компьютерные и мультимедийные технологии в естественнонаучном образовании. - Томск: Дельтаплан, 2002. - 224с.

. Лапчик М.П., Семакин И.Г., Хеннер Е.К.; Под общей ред. М.П.Лапчика. -М.: Издательский центр «Академия», 2003. - 624 с.

. Кузнецов А.А. О концепции содержания образовательной области «Информатика» в 12-летней школе // ИНФО. - 2000. - № 7.

. Леднёв В.С., Кузнецов А.А., Бешенков С.А. О теоретических основах содержания обучения информатике в общеообразовательной школе // ИНФО. - 2000. - № 2. - С.13 - 16.

. Бешенков С.А. Школьное образование: информатика и информационные технологии.//Информатика и образование. - 2000. - №7. - С.7-9.

. Бешенков С.А., Ракитина Е.А. Моделирование и формализация.М.: Лаборатория Базовых знаний, 2002. - 336 с.

. Кузнецов А.А., Бешенков С.А., Ракитина Е.А. Современный курс информатики: от элементов к системе. //Информатика и образование. - 2004. - №1. - С.2-9.

. Кузнецов А.А., Бешенков С.А., Ракитина Е.А. Современный курс информатики: от концепции к содержанию. //Информатика и образование. -2004. - №2. - С.2-7.

. Лапчик М.П., Семакин И.Г., Хеннер Е.К. Методика преподавания информатики. Учебное пособие для студ. пед. вузов. - М.: Издательский центр "Академия", 2001. - 624 с.

. Стариченко Б.Е. Теоретические основы информатики. -М.: Горячая линия -Телеком, 2003. - 312 с.

. Фридланд А.Я. Информатика: процессы, системы, ресурсы. - М.:БИНОМ. Лаборатория знаний, 2003. - 232 с.

. Бешенков С. А. Школьная информатика: новый взгляд, новый курс // Педагогическая информатика. № 2. 1993.

. Бешенков С. А. Развитие содержания обучения информатике в школе на основе поня тий и методов формализации: Автореф. дис. ... д-ра пед. наук. М., 1994.

. Бешенков С. А., Ракитина Е. А. Моделирование и формализация. М.: Лаборатория ба зовых знаний, 2002.

. Тростников В. Н. Мысли перед рассветом. М. 1997.

. Бешенков С. А., Ракитина Е. А. Решение типовых задач по моделированию // Информатика в школе. 2005. № 1.

. Бешенков С. А., Лыскова В. Ю., Матвеева Н. В., Ракитина Е. А. Формализация и моделирование // Информатика и образование. 1999. № 5

. Ракитина Е. А. Обучение программированию: моделирование и формализация // Ин форматика и образование. 2001. № 1.

. Бешенков С. А., Ракитина Е. А. Формализация и моделирование // Информатика и образование. 2001. № 7.

. Кривошеев А.О. Программное обеспечение учебного назначения и компьютерная технология обучения. Труды IV Международной конференции «Математика, компьютер, образование». М., 1997.- С. 132-139.

. Симонов П.В. Эмоциональный мозг.- М., 1981.- 215 с.

. Семыкин Н.Н. Любичанковский В.А. Методологические вопросы в курсе физики в средней школе. - М.: Просвещение, 1979.

. Мултановский В.В. Проблема теоретических обобщений в курсе физики средней школы: Автореф. дис. … д-ра пед. наук. - М., 1979.

. Мощанский В.И. Формирование диалектико-материалестического мировоззрения на уроках физики. - М.: Высш. шк., 1982.

. Зотов А.Ф. Структура научного мышления. - М.: Политиздат, 1973.

. Баженов Л.Б. Строение и функции естественнонаучной теории. - М.: Наука, 1978.

. Диалектика научного познания . - М.: Наука, 1978.

. Штоф В.А. Моделирование и философия. - М.; Л., 1996.

. Архипова А.И. Систематизация знаний учащихся на уроках физики на основе принципа цикличности: Автореф. дис. … канд. пед. наук. - М., 1984.

. Архипова А.И. Теоретические основы учебно-методического комплекса по физике: Дис. … д-ра. пед. наук. - Краснодар, 1998.

. Архипова А.И., Грушевский С.П., Левицкий Б.Е. Создание образовательных информационных ресурсов: Сборник работ международной конференции «Проблемы теории и практики обучения математике» - С.-Пб., 2001.

. Архипова А.И, Сокол Г.Ф., Иус Д.В. - Банк учебно-методической информации в системе послевузовского педагогического образования: Труды Международной научно-методической конференции «Телематика’2001» - С.-Пб., 2001.

. Батышев С.Я. Блочно-модульное обучение.- М., 1997.- 255 с.

. Лаврентьев Г.В., Лаврентьева Н.Б. Слагаемые технологии модульного обучения. Издание 2-е, испр. и доп.- Барнаул: Изд-во АГУ, 1998.- 154 с.

. Уман А.И. Учебные задания и процесс обучения.- М.: Педагогика, 1989.- 55 с.

. Океанов В.П. Комплексный подход - методологический анализ //Ежегодник Философского общества СССР 1985 г.- М.: Наука, 1986.- С. 89-104.

. Буякас Т.М. О феномене наслаждения процессом деятельности и условиях его возникновения (по работам М. Чиксентмихайи) //Вестн. Моск. ун-та. Сер. 14. Психология.- 1995.- №2.- С. 53-61.

. Искусственный интеллект.- В 3-х кн. Кн. 2. Модели и методы: Справочник /Под ред. Д.А. Поспелова.- М.: Радио и связь, 1990.- С. 304.

. Городецкий В.И. Многоагентные системы: современное состояние исследований и перспективы применения /Труды КИИ-96, Том 1, С. 36-45.

. Бешенков С.А. Школьное образование: информатика и информационные технологии.//Информатика и образование.- 2000.- №7.- С.7-9.

. Бешенков С.А., Ракитина Е.А. Моделирование и формализация. М.: Лаборатория Базовых знаний, 2002.- 336с.

. Кузнецов А.А., Бешенков С.А., Ракитина Е.А. Современный курс информатики: от элементов к системе. //Информатика и образование.- 2004.- №1.- С.2-9.

. Кузнецов А.А., Бешенков С.А., Ракитина Е.А. Современный курс информатики: от концепции к содержанию. //Информатика и образование.-2004.- №2.- С.2-7.

. Лапчик М.П., Семакин И.Г., Хеннер Е.К. Методика преподавания информатики. Учебное пособие для студ. пед. вузов.- М.: Издательский центр «Академия», 2001.- 624с.

. Стариченко Б.Е. Теоретические основы информатики.- М.: Горячая линия-Телеком, 2003.- 312с.

. Фридланд А.Я. Информатика: процессы, системы, ресурсы.- М.:БИНОМ. Лаборатория знаний, 2003.- 232с.

. Бешенков С.А. Еще раз о формализации и моделировании в курсе информатики. //Информатика и образование.- 2005.

. Смолянинов А.А. первые уроки по теме «Моделирование». //Информатика и образование.- 1998.- №8.

. Кюршунов А.С. Дидактические особенности разработки интерактивных компьютерных моделей. //Информатика и образование.- 2005.

. Хмельникова О.П. Урок в X классе на тему «Модели и процесс их создания». //Информатика и образование.- 2006.- №6.

. Парминов Е.А. О методике изучения понятия математической модели. //Информатика и образование.- 2006.- №7.

. Островская Е.М. Моделирование на компьютере. //Информатика и образование.- 1998.- №7.

. Могилев А.В. О понятии «Информационное моделирование». //Информатика и образование.- 1998.- №8.

. Соловьева А.Ф, Преподавание темы: Проектирование и моделирование в курсе информатики. //Информатика и образование.- 2004.

. Самылкина Н.Н. Методика преподавания содержательной линии «Моделирование и Формализация» //Информатика и образование.- 2003.

. Макарова Н.В., Титова Ю.Ф. О подходах к определению базовых понятий раздела «Моделирование» в школьном курсе информатики. //Информатика и образование.- 2004

. Козлов О.А., Холодов Е.Н. Роль структурно-логической схемы при написании компьютеризированного учебника. //Информатика и образование.- 1998.- №4.

Похожие работы на - Учебно-методический комплекс изучения содержательной линии 'Моделирование и формализация'

 

Не нашел материал для своей работы?
Поможем написать качественную работу
Без плагиата!