 |
Анализ нормативных документов
|
|
|
|
Содержание
Введение 2
Глава 1. Теоретические основы преподавания раздела "Моделирование и формализация" в основной школе 4
1.1 Анализ нормативных документов. 4
1.2 Анализ основных учебников 5
Глава 2. Методические материалы для изучения раздела 12
2.1 Система задач по формализации и моделированию 12
2.1.1 Моделирование в среде графического редактора 14
2.1.2 Моделирование в среде текстового процессора 16
2.1.3 Моделирование в электронных таблицах 22
2.1.4 Моделирование в системе программирования Visual Basic 27
2.2 Методические рекомендации по изучению 43
Заключение 50
Список литературы 51
Введение
информатика моделирование программирование школа
В настоящее время информатика и информационные технологии мощным потоком влились в нашу жизнь. Трудно назвать другую область человеческой деятельности, которая развивалась бы так стремительно и порождала такое разнообразие проблем, как информатизация и компьютеризация общества.
История развития информационных технологий характеризуется быстрым изменением концептуальных представлений, технических средств, методов и сфер применения. В современном мире весьма актуальным для большинства людей стало умение пользоваться информационными технологиями. Проникновение ПК во все сферы жизни общества убеждает в том, что культура общения с ПК становится частью общей культуры человека - термины «Word», «Excel», «Internet» стали такими же обыденными, как «телефон», «телеграф», «телевизор». Но далеко не все понимают разницу между простым «нажиманием клавиш» и целенаправленной работой на компьютере, умением четко поставить задачу, и правильно подойдя к ее решению, используя программные средства (наиболее подходящие) прийти к ожидаемому результату.
|
|
|
Курс информатики был введен в школу как средство обеспечения компьютерной грамотности учащихся, подготовки школьников к практической деятельности, к труду в информационном обществе.
Важной содержательной линией в курсе информатике является линия «Формализация и моделирование».
Перед учителем информатики стоят различные цели. Одной из них является развитие логического и алгоритмического мышления школьников. Правильный подход к преподаванию линии «Формализация и моделирование» позволит оказать существенное влияние на общее развитие и формирование мировоззрения учащихся, а также решить многие задачи в полном их объеме.
Уроки, ориентированные на моделирование, должны выполнять развивающую, общеобразовательную функцию, поскольку при их изучении учащиеся продолжают знакомство еще с одним методом познания окружающей действительности - методом компьютерного моделирования.
Цель данного исследования состоит в том, чтобы изучить методику формирования понятия моделирования у учащихся в базовом курсе информатики. Для этого требуется выполнить следующие задачи:
- проанализировать нормативные документы и учебники, в которых линия «Формализация и моделирование» наиболее освящена;
- создать систему задач по моделированию в различных средах (графический и текстовый редакторы, электронные таблицы, система программирования Visual Basic);
- сформулировать методические рекомендации по изложению данного раздела.
Глава 1. Теоретические основы преподавания раздела "Моделирование и формализация" в основной школе
Анализ нормативных документов
В государственном стандарте основного общего образования по информатике и ИКТ прописан обязательный минимум содержания основных образовательных программ. По линии «формализация и моделирование» в нем присутствует. Формализация описания реальных объектов и процессов, примеры моделирования объектов и процессов, в том числе - компьютерного. Чертежи. Двумерная и трехмерная графика. Использование стандартных графических объектов и конструирование графических объектов: выделение, объединение, геометрические преобразования фрагментов и компонентов. Диаграммы, планы, карты. Простейшие управляемые компьютерные модели.
|
|
|
Обязательный минимум содержания образования по информатике включает в себя определенный перечень понятий линии «Моделирование и формализация»:
ü моделирование как метод познания,
ü формализация,
ü материальные и информационные модели,
ü информационное моделирование,
ü основные типы информационных моделей.
Линия моделирования, наряду с линией информации и информационных процессов, является теоретической основой базового курса информатики. В примерной программе на ее изучение отводится 8 часов и предлагается рассмотрение таких тем как:
ü формализация описания реальных объектов и процессов, примеры моделирования объектов и процессов. Модели, управляемые компьютером.
ü Виды информационных моделей. Чертежи. Двумерная и трехмерная графика. Диаграммы, планы, карты.
ü Таблица как средство моделирования.
Для проведения практических работ в примерной программе рекомендуют решение задач типа:
1. Постановка и проведение эксперимента в виртуальной компьютерной лаборатории.
2. Создание схемы и чертежа в системе автоматизированного проектирования.
. Построение и исследование компьютерной модели, реализующей анализ результатов измерений и наблюдений с использованием системы программирования.
. Построение и исследование компьютерной модели, реализующей анализ результатов измерений и наблюдений с использованием динамических таблиц.
. Построение и исследование геоинформационной модели в электронных таблицах или специализированной геоинформационной системе.
Дальнейшее развитие общеобразовательного курса информатики должно быть связано, прежде всего, с углублением этих содержательных линий.
Анализ основных учебников
|
|
|
Линия «формализация и моделирование» наиболее широко освещена в учебниках Макаровой, Угриновича и Семакина. Проанализируем различные подходы к объяснению понятий содержащихся в этой теме.
В учебнике Семакина И. Г. «Информатика и ИКТ. Базовый курс. 9 класс» вторая глава, состоящая из четырех параграфов, отведена для изучения информационного моделирования. Ей предшествует глава, посвященная передачи информации в компьютерных сетях. После каждого параграфа в учебнике присутствует два раздела: коротко о главном, вопросы и задания. Изучение самого моделирования начинается с объяснения понятия натуральной модели на основе примеров взятых из различных областей жизнедеятельности человека. Затем следует рассказ о свойствах моделей и их зависимости от цели моделирования, причем поясняется, что модели одного объекта построенные для различных целей могут существенно отличаться друг от друга. Далее разъясняется, что такое информационное моделирование, формализация и дается определение понятий моделирование и модель.
Отдельный параграф отводится на изучение графических моделей. Здесь поясняется, что наглядным способом представления информационных моделей являются графические изображения: карты, чертежи, схемы, графики. Дается их формулировка и назначение. Далее изучаются табличные модели и их основные типы.
Последний параграф данной главы отводится на изучение информационного моделирования на компьютере. Здесь объясняется основное преимущество компьютера над человеком. Дается определение следующих понятий: математическая модель, компьютерная математическая модель, вычислительный эксперимент и имитационное моделирование. Акцентируется внимание на полезности вычислительного эксперимента, управления на основе моделей и имитационного моделирования с помощью различных примеров из человеческой деятельности от повседневной (пример имитационного моделирования - транспортная система города) до исторически важных (прекращение испытания ядерного оружия, т.к. теперь это можно сделать с помощью компьютерного моделирования). В конце главы изображена схема основных понятий и сформулированы приобретенные навыки после изучения данной темы.
|
|
|
В учебнике также присутствуют дополнения к каждой главе. К разделу о моделировании предлагается рассмотреть следующие темы:
ü системы, модели, графы;
ü объектно-информационные модели.
Первый параграф почти полностью посвящен графам: их описанию, определению структуры, разделению на виды и т.д. Кроме этого дается определение понятий система и сеть. Во втором объясняется, что такое объект, его свойства, состояние, поведение, классы и т.д.
Анализ данного учебника показал, что линия «формализация и моделирование» изложена достаточно полно, с различными примерами из разных областей жизни человека и общества в целом. Но присутствует недостаток в количестве практических заданий для закрепления данной темы.
В учебнике Н. Д. Угриновича «Информатика и ИКТ. 9 класс» моделирование дается после изучения кодирования и обработки разных видов информации и основ алгоритмизации и объектно-ориентированного программирования. Ему посвящена пятая глава, состоящая из семи параграфов. После каждого параграфа присутствуют контрольные вопросы, для проверки усвоения пройденной темы, а после некоторых задания для самостоятельного выполнения. Также в учебнике имеется раздел «Компьютерный практикум», где сформулированы практические работы к каждой главе.
Изучение данной темы начинается с объяснения термина система на различных примерах. Этому посвящен первый параграф «Окружающий мир как иерархическая система». Объяснения начинается с оперирования понятиями мега-, макро- и микромир, представление иерархической системы окружающего мира, давая понять, что все многообразие объектов мега-, макро- и микромира состоят из вещества, обладают энергией и взаимодействуют друг с другом. На этой основе ученикам дается определение понятия система. Далее на примере компьютера рассматривается целостность системы и поясняется, что она является необходимым условием существования системы. С помощью примеров из химии изучаются свойства системы и их зависимость от набора составляющих элементов и структуры системы.
Второй параграф «Моделирование, формализация, визуализация» разделен на три пункта. Первый пункт посвящен моделированию. В нем на основе примеров взятых из разных областей человеческой деятельности (научной, образовательной, технологической, художественной) объясняется важность моделирования и дается определение модели. Во втором пункте рассматриваются два класса моделей: материальные и информационные. Про класс материальных моделей говорится только то, что такие модели позволяют представить в наглядной форме объекты, недоступные для непосредственного исследования и часто используются в процессе обучения. Информационные же модели представляют объекты и процессы в образной или знаковой форме, а также в форме таблиц, блок-схем, графов и т.д. и объясняются на основе примеров взятых из предметов школьной программы (физики, химии, информатики, истории). В третьем пункте рассматриваются формализация и визуализация информационных моделей. Здесь присутствуют отсылки к другим учебникам и сайтам (информатика и ИКТ - 8, Физика - 8 и т.д.). Сначала на основе словесной модели гелиоцентрической системы мира и взаимодействия электрических зарядов строится описательная информационная модель и объясняется ее значение. Далее дается определение понятия формализация, описывается, что такое информационная модель и визуализация формальных моделей (указывается на сегодняшнее распространение компьютерных интерактивных визуальных моделей).
|
|
|
В следующих параграфах описываются основные этапы разработки моделей на компьютере, построение и исследование физических моделей на примере построения модели задачи «бросание мячика в площадку» с кратким описанием всех этапов моделирования. А приближенное решение уравнений на основе различных алгебраических функций с указанием способа их решения как на языке Visual Basic, так и в электронных таблицах Microsoft Excel. По теме экспертные системы распознавания химических веществ предлагается выполнить лабораторную работу «Распознавание химических удобрений».
Последний параграф данной главы посвящен информационным моделям управления объектами. Здесь ученика объясняется, что в любом процессе управления происходит взаимодействие двух объектов - управляющего и управляемого, которые соединены каналами прямой и обратной связи и объясняется принцип работы системы с наличие и отсутствием обратной связи. Работа системы управления без обратной излагается на примере записи информации на гибкий диск (где в качестве управляющего взят контролер дисковода, а управляемым объектом является положение магнитной головки дисковода). С помощью процесса записи информации на жесткий диск, объясняется принцип работы системы управления с обратной связью. Далее следует перечень практических работ компьютерного практикума, рекомендуемых при изучении данной главы. Это уже упоминаемые мной бросание мячика в корзину и распознавание удобрений плюс графическое решение уравнения и модели систем управления.
Таким образом, анализ данного учебника показал, что хотя он и раскрывает образовательный минимум линии «моделирование и формализация» и, в отличие от учебника Семакина, имеет больше практически заданий. Данный учебник перегружен знаниями и примерами из других предметов базового курса общеобразовательной школы, что не всегда хорошо, т.к. усложняет восприятие некоторых терминов для учеников со средней и ниже средней успеваемостью.
В учебнике Макаровой Н. В. линия «моделирование и формализация» раскрывается во втором и третьем разделах. Второй раздел рассматривает компьютерное моделирование, третий посвящен моделированию в электронных таблицах. После каждой темы следуют контрольные вопросы по изученному материалу. Так же к учебнику прилагается задачник по моделированию, в котором сформулированы понятия моделирования в разных программных средах (графический редактор, текстовый процессор, электронные таблицы, БД). Рассмотрим подробнее каждую тему разделов.
В первой теме второго раздела рассматриваются модели объектов и процессов, формулируются определения модель и моделирование, с помощью различных примеров (моделей «ядерной зимы», гибели Атлантиды, атома водорода, солнечной системы и т.д.) даются ответы на вопросы: «Зачем создавать модель?» и «Что поддается моделированию?». Во второй теме изучается классификация моделей по различным признакам (области использования, способу представления, с учетом фактора времени) и приводится хотя бы по одному примеру модели каждой классификации. Также здесь дается определение понятиям: информационная, знаковая вербальная компьютерная модель. В третьем параграфе данного раздела рассказывается о месте моделирования в деятельности человека, но основное внимание уделено описанию основных этапов моделирования, на основе задач, взятых из различных областей человеческой деятельности (физики, химии) и жизни (описание арбуза, наблюдение за радугой и т.д.). Формулируются определения следующих понятий: компьютерная модель, тестирование, тест, технология моделирования. В следующих пяти параграфах даются определения и решаются задачи на следующие типы моделей: геометрические, словесные, математические, структурные и логические. Причем в теме, посвященной структурным моделям, дается не только определение, но и описание видов таких моделей: табличные, в виде схемы, в виде блок-схемы, в виде графа. А в теме логические модели, кроме определения, описывается, что такое логическое высказывание, какие логические операции выполняются над высказываниями и как формируются простые и сложные условия. В последней теме поэтапно рассматриваются особенности создания компьютерных информационных моделей в базах данных. Также указывается, что существуют стандартные и уникальные информационные модели и даются задания для самостоятельной работы.
Третий раздел полностью посвящен моделированию в электронных таблицах. Здесь рассматриваются следующие темы:
ü «Этапы моделирования в электронной таблице»;
ü «Расчет параметров геометрической модели»;
ü «Моделирование ситуаций»;
ü «Моделирование биоритмов»;
ü «Моделирование случайных процессов»;
ü «Физические модели движения тел под действием силы тяжести»;
ü «Моделирование экологических систем».
Только первая тема данного раздела излагается теоретически, остальные же объясняются с помощью подробного описания решения определенных задач.
Можно сделать вывод о том что, место, которое занимает тема информационного моделирования и информационной модели отличается объемностью и доступностью теоретического материала, который легко воспринимается и запоминается обучающимися. Обилие примеров, рисунков, схем, таблиц в учебнике и простота изложения материала способствует более легкому усвоению даже очень сложных для учеников тем. В этих учебных пособиях полностью отображается образовательный минимум содержания образования линии «Моделирование и формализация».
В учебнике изучение моделирования основано по принципу «от простого к сложному» - с представления об объектах. Для того чтобы перейти к моделям, нужно четко представлять себе что такое сам объект, его свойства и характеристики. Когда учащийся отчетливо видит объект, ему не составляет особого труда разобраться в модели, и форме ее представления.
Проанализировав данные учебники, можно сделать вывод о том, что существуют разные подходы изложения содержательной линии «формализация и моделирование» со своими достоинствами и недостатками. При объяснении данной темы на практике можно как строго придерживаться одного из них, так и использовать различные комбинации.
|
|
|
