Виды моделей, используемых при изучении информатики на углубленном уровне

Пермский государственный национальный исследовательский университет

ВИДЫ МОДЕЛЕЙ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ПРИ ИЗУЧЕНИИ ИНФОРМАТИКИ НА УГЛУБЛЕННОМ УРОВНЕ

В школьном курсе информатики традиционно присутствует содержательная линия формализации и моделирования. ФГОС полного среднего образования предусматривает, при изучении информатики на углубленном уровне, «сформированность представлений о компьютерно-математических моделях и необходимости анализа соответствия модели и моделируемого объекта (процесса)» и «владение опытом построения и использования компьютерно-математических моделей, проведения экспериментов и статистической обработки данных с помощью компьютера, интерпретации результатов, получаемых в ходе моделирования реальных процессов; умение оценивать числовые параметры моделируемых объектов и процессов, пользоваться базами данных и справочными системами».

Моделирование в курсе информатики пронизывает практически каждую тему, именно поэтому необходим системный подход при изучении, причем не только при изучении именно темы моделирования, но и смежных тем, использующих моделирование в неявном виде (создание БД, информационно-поисковые системы, приближенное решение уравнений, использование графики в Pascal и т. д.). При углубленном изучении информатики возможны различные варианты содержания и методов обучения. Необходимо также помнить о формировании личностных и метапредметных результатов обучения, являющихся составной частью образования.

Соответственно основные дидактические задачи в процессе углубленного обучения моделированию могут быть сформулированы следующим образом:

1. Общее развитие и становление мировоззрения учащихся;

2. Овладение моделированием как методом познания;

3. Выработка практических навыков компьютерного моделирования;

4. Содействие профессиональной ориентации учащихся;

5. Преодоление предметной разобщенности, интеграция знаний;

На приведенной ниже схеме (рис. 1) показаны основные виды моделей, используемых при преподавании углубленного курса информатики в старшей школе.

Рисунок 1 основные виды моделей

При обучении информатике на профильном уровне возрастает количество инструментов для разработки моделей и проведения экспериментов. Допустим, говоря о представлении моделей в виде графов, можно предложить их разработку с помощью технологии «mind map» (найти ее описание можно в источнике [7]), которая вызывает неподдельный интерес у учеников, а, прикрепляя ссылки и файлы, такие карты становятся настоящим интерактивным продуктом, поддерживающим метапредметность курса. Например, задание на составление родословного дерева потомков Владимира Мономаха будет достаточно интересным и содержательным проектом, интегрирующим в курс информатики такой предмет, как история. Кроме этого, инструментарий моделирования расширяется языками программирования, табличными процессорами, специализированными программными пакетами и т. д. Таким образом, появляется возможность представить одну и ту же модель разными способами, что расширяет и обобщает представления о методе моделирования и его возможностях для учащихся.

Например, при изучении биологических моделей могут использоваться такие программы как Excel, iThink, PascalABC.Net. Использование редактора электронных таблиц и языка программирования достаточно стандартно и хорошо описано в книге [3], а на программном продукте моделирования динамики систем iThink следует остановиться подробнее. Он позволяет рисовать диаграммы запасов и потоков, подходящие к вашей модели, указывать вводные значения переменных, указывать связи между переменными, получать результаты в форме графиков и таблиц. После того как диаграмма запасов и потоков нарисована и все вводные переменные и связи между ними указаны, модель начинает имитировать поведение системы во времени и выдавать запрошенные результаты. [6] инструкцию к этому продукту можно найти в источнике [2].

В теме имитационное моделирование обычно рассматривается модель на примере задач массового обслуживания, которую так же можно представить в программе iThink. Целесообразно еще раз поговорить о данном типе задач при изучении динамических структур данных, учащиеся неплохо реализуют эту модель с помощью списков.

Физические модели могут подключать достаточно серьезный математический аппарат, что позволяет использовать не только стандартные задачи, использующие аналитическое решение, но и задачи, требующие использования численных методов. Прямые методы рассматриваются в теме «программирование», а итерационные при изучении темы «моделирование» с помощью редактора электронных таблиц.

Модели экспертных систем направлены на осознание и фиксацию последовательности рассуждений или действий, приводящих к распознаванию того или иного объекта среди некоторой совокупности. Учащимся можно дать творческое задание на создание собственной упрощенной экспертной системы какой-либо учебной ситуации (постановка знака препинания, определение животного и т. д.) или как предлагает [5] экспертную систему по распознаванию удобрений.

Целесообразно представлять данное моделирование с помощью блок-схем, которые можно реализовывать как с помощью векторной графики, так и специальных программ.

Моделирование игровой стратегии в большинстве случаев рассматривается на примере детерминированных игр, с бесконечным числом шагов и выигрышной стратегией только для одного игрока, что безусловно является малой толикой в теме «математические игры». Необходимо четко обозначить понятия «выигрышная позиция», «выигрышная стратегия», «проигрышная позиция». Достаточно полно изложено об этом виде моделирования в книгах [1], [4].

Так же необходимо рассмотреть такой блок моделей как «информационно-поисковые системы и базы данных», который обычно не включается в тему «моделирование». На их изучение выделены отдельные части в профильном курсе информатики, но в данном случае их нельзя не затронуть, т. к. по сути, они являются ярким примером моделирования и подход к их изучению и разработке такой же, как и к изучению и разработке любой модели.

Представление одних и тех же задач, рассматривание их под разным углом, через призму темы, изучаемой в данный момент, позволяет сфокусироваться именно на моделировании, на выделении существенных факторов, на необходимую именно для этого случая формализацию. Кроме того, такой подход в большей степени стимулирует выработку практических навыков компьютерного моделирования. Так же не стоит забывать о формировании личностных и метапредметных результатов обучения, являющихся составной частью образования. Именно в разрезе моделирования происходит основная интеграция школьных предметов с информатикой, а прикладной подход показывает учащимся возможности информационных технологий, что содействует их профессиональной ориентации.

1. Гейн и ИКТ. 11 класс : учебник для общеобразовательных учреждений: базовый и профильный уровни / , . -М.:Просвещение, 20с.

2. , «Применение пакетов имитационного моделирования для анализа математических моделей экономических систем». Н. Новгород, 2007

3. Лапчик и методика обучения информатике / , , . Под ред. . – М.: Издательский центр «Академия», 2008. – 592 с.

4. Поляков . Углублённый уровень: учебник для 11 класса. В 2-х частях / , – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2013. – 240 и 304 с.

5. , , / Информатика и ИКТ: практикум. – М. : БИНОМ. Лаборатория знаний, 2010. – 394 с.

6. Моделирование системной динамики в iThink http://*****/wp/?p=3968

7. Официальный сайт mindmeister http://www. /ru/education