 |
Методические рекомендации по изучению
|
|
|
|
В данной содержательной линии изучаются вопросы:
• Место моделирования в базовом курсе.
• Понятие модели; типы информационных моделей.
• Что такое формализация.
• Табличная форма информационных моделей.
И имеется достаточно обширная область приложений темы моделирования в курсе информатики.
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. Их можно разделить на три уровня изучения: первый - минимальный, второй - дополненный, 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.
Разговор с учениками при объяснении понятия «модель» можно вести в форме беседы. Сам термин 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 материальные модели не являются предметом изучения информатики, их примеры для учеников более понятны и наглядны. Обсудив на таких примерах некоторые общие свойства моделей, можно будет перейти к разговору о свойствах информационных моделей.
Нужно пояснить, что 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 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.
Закрепив в сознании учеников понимание смысла цепочки: объект моделирования - цель моделирования - модель, можно перейти к разговору об информационных моделях. Информационная модель -это информация об объекте моделирования. Она 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 и старших классах при изучении профильных курсов могут быть рассмотрены и другие виды информационных моделей.
|
|
|
Построение информационной модели и ее форма представления зависит от цели создания. 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.
Здесь же нужно пояснить, что формализация - это замена реального объекта или процесса его формальным описанием, т. е. его информационной моделью.
Далее следует объяснить ученикам методику представления информационных моделей в виде таблицы, так как очень часто в табличной форме представляется информация в различных документах, справочниках, учебниках. Табличная форма придает лаконичность и наглядность данным, структурирует данные, позволяет увидеть закономерности в характере данных.
Умение представлять данные в табличной форме - очень полезный общеметодический навык. Практически все школьные предметы используют таблицы, но ни один из них не учит школьников методике построения таблиц. Эту задачу должна взять на себя информатика. Приведение данных к табличной форме является одним из приемов систематизации информации - типовой задачи информатики.
Среди разделов базового курса, относящихся к линии информационных технологий, непосредственное отношение к таблицам имеют базы данных и электронные таблицы. Предварительный разговор о таблицах, их классификации, приемах оформления является полезной пропедевтикой к изучению этих технологий.
Вводится классификация таблиц. Описывается два типа таблиц: таблицы типа «объект - свойство» и «объект - объект». Это наиболее простые и наиболее часто встречающиеся типы таблиц.
|
|
|
Второй, дополнительный уровень изучения темы моделирования в базовом курсе связан с обсуждением таких понятий, как: система, структура, граф, деревья, сети. Необходимо отметить, что эти понятия постепенно начинают проникать в перечень обязательных для изучения в рамках базового курса. Знания элементов теории систем придают целостность и понятийную полноту содержательной линии «Формализация и моделирование». В большинстве учебников по базовому курсу информатики изложение вопросов системологии отсутствует.
Понятие «система» часто употребляется как в научных дисциплинах, так и в повседневной жизни. Во многих случаях понятие системы считается интуитивно ясным. Однако для информатики оно является одним из фундаментальных и требует разъяснения. 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. 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. Просматривается следующий порядок этапов перехода от реального объекта к информационной модели:
Важной характеристикой всякой системы является ее структура. Структура - это определенный порядок объединения элементов, составляющих систему. Наиболее удобным и наглядным способом представления структуры систем являются графы. Обычно у учащихся не вызывает проблем понимание схем, представленных в форме графа: граф родственных связей, граф системы связанных между собой населенных пунктов и др.
|
|
|
Важной разновидностью графов являются деревья. Дерево - это графическое представление иерархической структуры системы. Обычно это системы, между элементами которых установлены отношения подчиненности или вхождения друг в друга: системы власти, административные системы, системы классификации в природе и др. Ученики знакомы с понятием «дерево» применительно к системе файлов на дисках компьютера. Многим из них известен смысл понятия «родословное дерево».
Подводя итог, можно сказать, что второй уровень изучения темы «Введение в информационное моделирование» более подробно раскрывает суть системного анализа, знакомит учащихся с таким важным инструментом формализации, как графы.
Третий, углубленный уровень изучения общих вопросов моделирования можно характеризовать как переход от ознакомительного обучения к выработке навыков активного использования методов системного анализа. Чаще всего изучения моделирования на данном уровне происходит в профильных курсах, ориентирующихся на информационное моделирование, но подходит и для углубленного варианта преподавания базового курса информатики. При углубленном изучении данной линии рекомендуется реализовать на уроках следующий перечень дидактических целей:
§ Научить учеников рассматривать окружающие объекты как системы взаимосвязанных элементов; осознавать, в чем проявляется системный эффект (принцип эмерджентности) в результате объединения отдельных элементов в единое целое.
§ Раскрыть смысл модели «черного ящика». Этот подход характерен для кибернетики и применяется он в тех случаях, когда внутреннее устройство системы не раскрывается, а система рассматривается лишь с точки зрения ее взаимодействия с окружающей средой. В таком случае основными понятиями, характеризующими систему, являются не ее состав и структура, а ее «входы» и «выходы».
§ Дать представление о некоторых методах системного анализа, в частности, декомпозиции, классификации.
§ Научить читать информационные модели, представленные в виде графов и строить граф-модели.
§ Научить учеников разбираться в различных типах таблиц, подбирать наиболее подходящий тип таблицы для организации данных, грамотно оформлять таблицы.
Для выработки искомых навыков полезно использовать задания следующего плана: имеется множество несистематизированных данных, приведенных в вербальной форме. Задача заключается в том, чтобы систематизировать эту информацию, перейдя к другой форме ее представления: к таблице или графу. Такие задачи наглядно показывают, что несистематизированная информация оказывается во многом обесцененной. Систематизация данных имеет особо важное значение для информационного моделирования тогда, когда строятся модели сложных систем: экономических, социальных, производственных с большим числом разнообразных параметров. От исследователя требуется умение классифицировать данные по некоторым признакам, отразить иерархические связи и пр.
|
|
|
Заключение
Содержательная линия формализации и моделирования выполняет в базовом курсе информатики важную педагогическую задачу: развитие системного мышления учащихся. Эффективная работа с большими объемами информации невозможна без навыков ее систематизации. Компьютер предоставляет пользователю удобные инструменты для этой работы, но систематизацию данных пользователь должен выполнять сам.
Информационное моделирование - это прикладной раздел информатики, связанный с самыми разнообразными предметными областями: техникой, экономикой, естественными и общественными науками и пр. Поэтому практическим решением задач моделирования занимаются специалисты в соответствующих областях. В рамках школьного курса информатики информационное моделирование может быть предметом профильного курса, смежного с другими школьными дисциплинами: физикой, биологией, экономикой и др. Базовый курс информатики дает лишь начальные понятия о моделировании, систематизации данных, знакомит с компьютерными технологиями, применяемыми для информационного моделирования.
В данной курсовой работе были проанализированы нормативные документы и основные учебники в которых содержательная линия «Формализация и моделирование» представлена достаточно полно. Также была сформирована система задач по формализации и моделированию и даны методические рекомендации по изложению данного раздела.
Таким образом, данная курсовая работа может быть использована студентами при прохождении педагогической практики по информатики, а также молодыми специалистами при объяснении материала раздела «Формализация и моделирование».
Список литературы
1. Н. В. Макарова. Информатика. 9 класс - СПб: Издательство «Питер», 1999. - 304 с.;
2. И. Г. Семакин, JL А. Залогова, С. В. Русаков, JI. В. Шестакова. Информатика и информационно-коммуникационные технологии. Базовый курс: Учебник для 9 класса - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2005. - 371 с.;
. Угринович Н.Д. Информатика и ИКТ. Учебник для 9 класса. 2-е изд., испр. - М.: Бином. Лаборатория знаний, 2009. - 295 с.
. Малев В.В. Общая методика преподавания информатики: Учебное пособие. - Воронеж: ВГПУ, 2005. - 271 с.;
. Н. В. Макарова. Информатика и ИКТ. Задачник по моделированию. 9-11 класс. Базовый уровень - Питер, 2007. - 192 с.;
. Угринович Н.Д., Босова Л.Л., Михайлова Н.И. Практикум по информатике и информационным технологиям. - М.: ЛБЗ, 2001. - 256 с.;
. И. Г. Семакин, Е. К. Хеннер. Информатика. Задачник-практикум в 2т. Том 1. - М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2001. - 304 с.;
. Бешенков С.А. Моделирование и формализация / С.А. Бешенков, Е.А. Ракитина. М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2002. 336 с.
|
|
|
