Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОБУЧЕНИЯ СТАРШЕКЛАССНИКОВ РЕШЕНИЮ ЗАДАЧ ПО ИНФОРМАЦИОННОМУ МОДЕЛИРОВАНИЮ С ПОЗИЦИЙ НОВЫХ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ 13
1.1. Задачи по информационному моделированию как средство формирования предметных и надпредметных результатов обучения старшеклассников информатике 13
1.2. Психолого-педагогические основы применения творческих задач в обучении старшеклассников информационному моделированию для достижения ими личностных результатов 35
1.3. Систематизация задач по информационному моделированию и построение модели методики обучения старшеклассников их решению...58
Выводы по главе I 72
ГЛАВА 2. РЕАЛИЗАЦИЯ МЕТОДИКИ ОБУЧЕНИЯ СТАРШЕКЛАССНИКОВ РЕШЕНИЮ ЗАДАЧ ПО ИНФОРМАЦИОННОМУ МОДЕЛИРОВАНИЮ, НАПРАВЛЕННОЙ НА ДОСТИЖЕНИЕ НОВЫХ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ 74
2.1. Формирование инвариантного и вариативного компонентов системы задач по информационному моделированию 74
2.2. Процессуальный компонент методики обучения старшеклассников решению задач по информационному моделированию 89
2.3. Организация и результаты педагогического эксперимента 102
Выводы по главе II 122
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 124
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 126
ПРИЛОЖЕНИЯ 147
- Задачи по информационному моделированию как средство формирования предметных и надпредметных результатов обучения старшеклассников информатике
- Формирование инвариантного и вариативного компонентов системы задач по информационному моделированию
- Процессуальный компонент методики обучения старшеклассников решению задач по информационному моделированию
Введение к работе
Современный этап развития образования, в частности школьного, характеризуется повышенным вниманием к понятию модели и методологии моделирования применительно к различным областям знания, но только изучение информатики способствует приведению в систему знаний учащихся о моделях и осознанному применению информационного моделирования в своей учебной, а затем и практической деятельности. Нельзя не согласиться с А.А. Кузнецовым, считающим, что главная задача обучения информатике в школе — научить строить информационные модели так, чтобы они наиболее адекватно отвечали задачам познания окружающей действительности. Гораздо более важными, чем частные и узкие умения работать с теми или иными средствами информационных технологий, являются умения формализовать, представлять информационные модели с помощью средств, которые информатика имеет на вооружении [77].
По проблеме обучения информационному моделированию ведется активная исследовательская и методическая работа. Вопросам выделения базовых понятий и знаний информационного моделирования школьной информатики и дальнейшему совершенствованию содержания этой линии посвящены работы В.К. Белошапки, С.А. Бешенкова, Г.А. Гейна, Т.Б. Захаровой, А.А. Кузнецова, А.С. Лесневского, Н.В. Макаровой, А.В. Могилева, И.Г. Семакина, Н.Д. Угриновича. Исследователями предлагаются различные подходы к реализации обучения этой линии в базовом (С.А. Бешенков, А.И. Бочкин, Г.А. Гейн, И.В. Галыгина, Н.В. Макарова, Е.А. Ракитина, И.Г. Семакин, Ю.Ф. Титова, Т.Ю. Шеина, О.В. Шкабура) и профильных курсах информатики (Т.Б. Захарова, И.И. Зубко, М.С. Иванова, Е.К. Хеннер, А.П. Шестаков, М.И. Шутикова).
Вместе с тем, известно, что российские школьники при наличии достаточно высоких предметных знаний испытывают затруднения в применении этих знаний в ситуациях, близких к повседневной жизни, а
также в работе с информацией, представленной в различной форме — в виде таблиц, диаграмм, рисунков, схем. В практике обучения наши школьники практически не встречаются с заданиями, составленными на материале из разных предметных областей, для правильного выполнения которых надо интегрировать разнообразные знания, использовать общеучебные умения, отбирать и использовать адекватные описываемой ситуации способы размышления, анализа, обоснований, с заданиями, содержащими избыточную информацию или «лишние данные» и др. [24]. А ведь именно эти характеристики присущи процессу информационного моделирования.
В работах С.А. Бешенкова, Е.А. Ракитиной, Т.Н. Суворовой и др. отмечается, что знания о таком важнейшем методе познания как моделирование усваиваются школьниками формально и практически не перерастают в умения решать прикладные задачи с использованием компьютера.
В настоящее время существенно сокращается значимость и сужается
круг репродуктивной деятельности, растет инновационная активность
j -человека во всех областях его деятельности. Эти процессы и тенденции
находят отражение и в концепции модернизации российского образования на
период до 2020 года, согласно которой общее образование должно быть
ориентировано на достижение обучающимися новых образовательных
результатов — предметных, метапредметных и личностных.
Пересмотр идеологии построения современного общего образования диктует изменения и в методике обучения информатике (на современном этапе «Информатика и информационно-коммуникационные технологии»).
Важными на наш взгляд являются исследования Т.А. Бороненко, А.Г. Гейна, А.А. Кузнецова, М.П. Лапчика, И.И. Раскиной, И.В. Роберт, И.Г. Семакина, О.В. Шкабура, М.И. Шутиковой и др., в которых обоснована роль обучения информационному моделированию в школьном курсе информатики для реализации образовательных целей различного уровня, декомпозицией которых по существу являются образовательные результаты.
Аналитический обзор диссертационных исследований свидетельствует о незначительном числе работ, посвященных формированию предметных и надпредметных результатов при обучении информационному моделированию: обучение информационному моделированию на базе модельного и объектного подходов (И.В. Галыгина), формирование обобщенной стратегии решения задач при изучении основ информационного моделирования (О.В. Шкабура), обучение информационному моделированию в профильных курсах для гуманитарного (М.И. Шутикова) и математического (А.П. Шестаков) направления, изучение моделирования как средства обучения основам программирования (Э.Т. Селиванова). Ориентация на личностные результаты в обучении информационному моделированию находится на вторых ролях.
Одни из авторов новой концепции стандарта общего образования (А.Г. Асмолов, A.M. Кондаков и др.) характеризуют глобальную трансформацию образования как переход от механистического, репродуктивного усвоения знаний, умений и навыков к образованию, ориентированному на решение жизненных задач с опорой на продуктивное творческое мышление [5]. Творчество школьника в большей степени носит субъектно-личностный характер, что характеризует его как проявление креативности. Развитие креативных способностей, как индивидуального свойства личности, выражает собой один из конкретных личностных образовательных результатов, достижение которого является важнейшей тенденцией современного образования.
Как отмечает И.В. Роберт, осознанное применение метода
информационного моделирования переводит процесс обучения с уровня
«сообщение суммы знаний - усвоение суммы знаний» на уровень
«исследовательский подход и прогнозирование результатов
экспериментально-исследовательской деятельности» [148].
При мощном декларировании творческого потенциала
информационного моделирования, подходы осуществления этой идеи в
обучении фактически не конкретизированы и не получают достаточного отражения ни в методике, ни в практике обучения. В немногочисленных диссертационных исследованиях, посвященных развитию творческих способностей при обучении информатике (В.М. Дубов, В.А. Локалов и др.), не отражены аспекты влияния изучения информационного моделирования на указанный процесс. В методической литературе довольно часто публикуются разработки, посвященные обучению решению задач по информационному моделированию. Однако если там и встречаются задания творческого характера, то их применение зачастую бессистемно, что не обеспечивает в полной мере формирования умения применять полученные знания в нестандартной, требующей творческого подхода, ситуации.
Таким образом, можно говорить о необходимости разработки методики обучения старшеклассников решению задач по информационному моделированию в целях усиления использования их общеобразовательного и личностного потенциала. Сказанным выше обусловлена актуальность выбранной темы исследования.
Проблема исследования заключается в разрешении противоречия между общественной и личностно-значимой потребностью в подготовке в школе творчески развитого выпускника, обновлением требований к образовательным результатам школьников, творческим потенциалом информационного моделирования и недостаточной разработанностью научно-методических основ обучения старшеклассников решению задач по информационному моделированию в курсе информатики.
Объект исследования: процесс обучения информатике в старшей школе.
Предмет исследования: методика обучения старшеклассников решению задач по информационному моделированию в курсе информатики в контексте достижения ими новых образовательных результатов (предметных, надпредметных и личностных).
Цель исследования: теоретическое обоснование и разработка
методики обучения старшеклассников решению задач по информационному моделированию, направленной на достижение новых образовательных результатов и основанной на общности закономерностей решения задач по информационному моделированию и творческих задач как целенаправленных информационных процессов.
Гипотеза исследования состоит в том, что при обучении старшеклассников решению задач по информационному моделированию будет обеспечено достижение новых образовательных результатов (предметных, метапредметных и личностных), если строить методику обучения на основе:
общности закономерностей решения задач по информационному моделированию и творческих задач как целенаправленных информационных процессов;
выделения типов задач по информационному моделированию, ориентированных на развитие различных компонентов креативных способностей как личностного образовательного результата;
дополнения методического обеспечения обучения информационному моделированию системой разноуровневых учебных задач, базирующейся на принципах полноты, наличия процедур деятельности по решению задач информационного моделирования и процедур творческой деятельности, возрастающей сложности и свободы выбора.
Исходя из вышесказанного, можно определить следующие задачи:
На основе анализа научной, психолого-педагогической, специальной и методической литературы по проблеме исследования раскрыть потенциал задач по информационному моделированию для достижения старшеклассниками новых образовательных результатов.
Выявить общность закономерностей решения задач по информационному моделированию и творческих задач как целенаправленных информационных процессов.
Разработать типологию задач по информационному моделированию
и, основанную на ней, систему разноуровневых задач по информационному моделированию, ориентированных на развитие различных компонентов креативных способностей.
4. Построить модель методики обучения старшеклассников решению задач по информационному моделированию и экспериментально проверить ее эффективность для достижения выпускниками школы новых образовательных результатов.
Методологической основой исследования являются: личностно-деятельностный подход к обучению (Л.С. Выготский, И.А. Зимняя, А.Н. Леонтьев, С.Л. Рубинштейн, В.Д. Шадриков и др.), системный подход к организации обучения (В.П. Беспалько, М.А. Данилов, Б.П. Есипов, В.В. Краевский, И.Я. Лернер, М.Н. Скаткин), концепция модернизации российского образования на период до 2020 года, концепции требований к результатам обучения и оценивания учебных достижений (А.А. Кузнецов, А.А. Кузнецов, A.M. Кондаков, А.Г. Асмолов и др.), концепции информатизации образования, использования информационных и-коммуникационных технологий в обучении (С.А. Бешенков, А.А. Веряев, И.Г. Захарова, В.Г. Кинелев, К.К. Колин, А.А. Кузнецов, М.П. Лапчик, И.В. Роберт, СР. Удалов и др.), концепция эврологизации умственной деятельности (Л.П. Гурьева, А.Н. Леонтьев, O.K. Тихомиров и др.).
Теоретической основой исследования выступают: теория и методы моделирования и их использование в педагогических исследованиях (В.А. Штофф, Б.А. Глинский, Б.С. Грязнов, И.Б. Новик, Л.И. Уемов, B.C. Тюхтин и др.), теория систем (В.А. Острейковский, И.В. Прангишвили, Н.П. Бусленко, В.Н. Садовский, Б.Я. Советов, Ю.А. Урманцев и др.), фундаментальные работы в области творчества (креативности) (Л.С. Выготский, Д.Б. Богоявленская, В.Н. Дружинин, Дж. Гилфорд, Л.Б. Ермолаева-Томина, А.Н. Лук, Я.А. Пономарев, Г.П. Щедровицкий и др.), психологическая теория способностей (Б.Г. Ананьев, Т.И. Артемьева, Л.С. Выготский, А.Г. Ковалев, В.А. Крутецкий, Н.С. Лейтес, А.Н. Леонтьев,
С.Л. Рубинштейн и др.), теория эвристического обучения (В.И. Андреев,
А.В. Хуторской), теория учебных задач (Г.А. Балл, В.В. Давыдов,
О.Б. Епишева, Л.Л. Гурова, Ю.М. Колягин, Е.И. Машбиц, Л.М. Фридман,
Д.Б. Эльконин и др.), теория и методика обучения информатике и
информационным технологиям (С.А. Бешенков, Т.А. Бороненко,
А.И. Бочкин, А.Г. Гейн, Т.Б. Захарова, А.А. Кузнецов, М.П. Лапчик, Н.И. Пак, Е.А. Ракитина, Н.И. Рыжова, И.И. Раскина, И.Г. Семакин, Е.К. Хеннер и др.).
Для решения поставленных задач использовались следующие методы исследования: изучение и анализ философской, психологической, педагогической и методической литературы по проблеме исследования; действующих и находящихся в стадии проектирования нормативных документов, определяющих структуру и содержание школьного образования в области информатики; анкетирование, наблюдение за ходом. учебного процесса, педагогический эксперимент, анализ результатов эксперимента и их статистическая обработка.
Научная новизна исследования заключается в том, что в отличие от работ М.И. Шутиковой (1999), О.В. Шкабуры (2000), И.В. Галыгиной (2001), А.П. Шестакова (2002), раскрывающих вопросы обучения информационному моделированию в школьном курсе информатики, и работ В.А. Локалова (1999) и В.М. Дубова (2006), посвященных развитию творческих способностей школьников при обучении информатике, в данном исследовании предложен новый подход к обучению решению задач по информационному моделированию, базирующийся на общности закономерностей решения задач по информационному моделированию и творческих задач как целенаправленных информационных процессов, обеспечивающий достижение старшеклассниками новых образовательных результатов.
Теоретическая значимость исследования состоит в том, что:
- расширены представления о потенциале задач по
информационному моделированию для достижения старшеклассниками личностных образовательных результатов;
теория и методика обучения-информатике дополнена знаниями о возможности развития различных компонентов креативных способностей учащихся согласно выделенным типам задач по информационному моделированию;
обоснованная модель методики обучения старшеклассников решению задач по информационному моделированию может служить совершенствованию методической системы обучения информатике в старшей школе в направлении повышения образовательной результативности.
Практическая значимость исследования заключается в том, что*
разработанная в ходе исследования методика обучения старшеклассников решению задач по информационному моделированию,' способствующая повышению уровня образовательных результатов, методическое пособие (содержащее систему разноуровневых творческих задач, краткие теоретические сведения и примеры решения задач) могут быть рекомендованы к практическому использованию в базовом и элективных курсах информатики учителями старшей школы, преподавателями других видов учебных заведений, специалистами сферы повышения квалификации педагогических кадров, преподавателями и студентами в рамках дисциплины «Теории и технологии обучения информатике» и педагогической практики;
разработанная методика обучения решению задач адаптируема для использования в рамках профильных курсов информатики, а также других учебных предметов, широко использующих аппарат информационного моделирования.
На защиту выносятся следующие положения:
1) Потенциал задач по информационному моделированию для достижения старшеклассниками важнейших образовательных результатов обусловлен общностью закономерностей решения задач по
информационному моделированию и творческих задач как целенаправленных информационных процессов.
Содержание методики обучения старшеклассников решению задач по информационному моделированию целесообразно строить на основе отбора задач по информационному моделированию, направленных на развитие креативных способностей как личностного образовательного результата, в соответствии с выделенными типами задач, и реализовать его в форме инвариантного блока для базового курса и вариативного — для метапредметных элективных курсов.
Применение методики обучения старшеклассников решению задач по информационному моделированию, в которой реализована система учебных задач, построенная на принципах систематизации творческих задач, обеспечивает комплексное развитие креативных способностей старшеклассников и достижение предметных и надпредметных образовательных результатов.
Апробация и внедрение результатов исследования Апробация результатов исследования осуществлялась посредством выступлений на заседаниях кафедры прикладной математики ОмГПУ, кафедры информатики и методики преподавания информатики Дальневосточной государственной социально-гуманитарной академии (ДВГСГА), через публикации в центральных и региональных научно-методических изданиях (по материалам исследования опубликовано 11 работ, в том числе, в журналах, реферируемых ВАК - 2). Основные положения, материалы и результаты исследования докладывались и обсуждались на международной электронной научной конференции «Новые технологии в образовании» (Воронеж, 2001), 2-ой Всероссийской научно-практической конференции «Качество педагогического образования» (Рязань, 2001), региональной научно-практической конференции «Интеграция науки и образования — ресурс развития региона» (Биробиджан, 2002), региональной научно-практической конференции «Реализация
государственного образовательного стандарта по математике и информатике: достижения, проблемы, перспективы» (Хабаровск, 2005), 1-ой и 2-ой Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные вопросы методики преподавания математики и информатики» (Биробиджан, 2006, 2007), а также в рамках Смотра-конкурса научных работ молодых ученых и аспирантов ЕАО (I место в номинации «Педагогические и психологические науки», Биробиджан, 2008) и Конкурса программ факультативных и элективных курсов для общеобразовательных школ (I место в номинации «Физико-математические науки», Биробиджан, 2006). Основные результаты исследования внедрялись в процесс обучения информатике в МОУ «Школа-лицей № 3» г.Биробиджана (2000-2002 год) и МОУ СОШ № 2 г. Биробиджана (2005-2008), с 2003 года по сегодняшний день - в ГОУ ВПО «ДВГСГА».
Обоснованность и достоверность результатов и выводов диссертационного исследования обеспечиваются адекватным цели и задачам исследования выбором методологической и теоретической базы, методов теоретического и эмпирического исследования; опорой основных положений на достижения классической и современной, отечественной и зарубежной педагогики и психологии, а также фундаментальные и прикладные исследования по теории и методике обучения информатике; соблюдением логики изложения; практической реализацией разработанной методики с последующей обработкой результатов педагогического эксперимента методами математической статистики.
Структура диссертации: диссертация состоит из введения, двух глав, заключения, библиографии и приложений.
Задачи по информационному моделированию как средство формирования предметных и надпредметных результатов обучения старшеклассников информатике
Информатика — самый молодой и динамично развивающийся школьный предмет. Значительные изменения в ее структуру и содержание вносятся примерно каждые семь лет, а споры о приоритетных направлениях развития информатики ведутся непрерывно. А.А. Кузнецов подчеркивает, что генеральный путь развития информатики в школе заключен в постоянном повышении ее общеобразовательного потенциала, который в значительной мере связан с формированием умений строить с помощью определенных средств информационные модели, работать с ними и анализировать их [77].
Существует большое разнообразие применения терминов модель и моделирование в современной науке. Однако их детальное рассмотрение и анализ не является задачей нашего исследования. Укажем лишь, что наиболее полным нам представляется определение модели В.А. Штоффа, как «такая мысленно представляемая или материально реализуемая система, которая, отображая или воспроизводя объект исследования, способна замещать его так, что ее изучение дает нам новую информацию об этом объекте» [207, с. 22].
При использовании базовых понятий информационного моделирования как раздела школьной информатики будем придерживаться их определений, данных С.А. Бешенковым и Е.А. Ракитиной [13]. На наш взгляд, они наиболее полно и точно отражают научный смысл этих понятий для школьников:
Модель - новый объект, который отражает некоторые стороны изучаемого объекта или явления, существенные с точки зрения цели моделирования.
Моделирование - это:
- построение моделей реально- существующих объектов (процессов, явлений);
- замена реального объекта его подходящей копией;
- исследование объектов познания1 на их моделях.
Информационная модель — это описание моделируемого объекта на одном из языков кодирования информации [13, с. 113]. Формирование методических основ школьной информатики в рамках линии информационного моделирования — сложный и противоречивый процесс, который нашел отражение в работах С.А. Бешенкова, В.К. Белошапки, А.Г. Гейна, А.П. Ершова, А.Г. Кушниренко, А.С. Лесневского, В.М Монахова, Н.В. Макаровой, Е.А. Ракитиной, И.Г. Семакина, Е.К. Хеннера и др.
Анализ содержания школьных учебников, как отражения парадигм курса информатики, которых придерживаются авторские коллективы, показал, что взгляды различных авторов, как на содержание, так и на место данной темы существенно различались.
Стремление отразить идеи математического моделирования можно увидеть уже в первой программе школьного курса «Основы информатики и вычислительной техники» [126] и первом школьном учебнике [125], где затрагиваются вопросы численного моделирования физических процессов средствами программирования.
Учебники второго поколения [38], [95] раскрывают линию моделирования шире. Но и в них основной упор делается на математическое моделирование. Положительной стороной такого подхода можно считать то, что учащиеся углубляют знания по математике и учатся применять метод математического моделирования — один из фундаментальных методов познания. Такую содержательную направленность школьной информатики можно объяснить ограниченными техническими возможностями компьютеров того времени. Однако эта тенденция в изучении компьютерного моделирования делала слишком узкими границы его применения, тем более для учащихся с нематематическими способностями. «Специфика информатики в том, что она использует не только (и даже не столько) математические модели, но и модели всевозможных форм и видов (текст, таблица, рисунок, алгоритм, программа- все это модели)» [90, с. 16].
В учебниках второго поколения реализация математических моделей также предлагалась только средствами программирования. Кроме того, как указывал А.И. Бочкин, моделирование здесь играло подчиненную роль: оживлять изучаемый материал, продемонстрировать команды языка программирования [23]. По свидетельству С.А. Бешенкова, вместе с алгоритмами в оборот была неявным образом введена очень важная общая мысль: жизненный успех зависит не столько от творчества, сколько от следования уже готовым образцам [18].
В обязательном минимуме содержания образования по информатике 1999 года [139] впервые была выделена отдельная линия «Моделирование и формализация», которая наряду с линией информации и информационных процессов являлась теоретической основой базового курса информатики. В учебниках С.А. Бешенкова и Е.А. Ракитиной [13], А.Г. Гейна, А.И. Сенокосова и Н.А. Юнерман [36], Н.В. Макаровой [75], И.Г. Семакина и Е.К. Хеннера [158], [159] тема моделирования раскрывается более глубоко, обширно, широко отражая межпредметные связи информатики с другими учебными предметами. В них подробно рассмотрены классификации моделей по различным основаниям, этапы создания компьютерных моделей, приводятся примеры разработки к исследование информационных моделей. С выделением информационного моделирования в отдельную линию был сделан своеобразный прорыв в концепции школьной информатики в направлении общеобразовательных, фундаментальных основ подготовки выпускника школы.
На сегодняшний день линия информационного моделирования является системообразующей в курсе информатики. Пропедевтика ее изучения начинается уже в начальной школе, а более глубокое изучение продолжается в курсе информатики 9 класса, программа которого включает тему «Формализация и моделирование».
Основными нормативными документами, определяющими место и содержание обучения информатике на ступени старшей школы на сегодняшний день, является «Стандарт среднего (полного) общего образования по Информатике и ИКТ» 2004 года, примерная программа курса «Информатика и ИКТ» для 10-11 классов, рекомендованная Минобрнауки РФ [169], и методическое письмо «О преподавании учебного предмета «Информатика и ИКТ» и информационных технологий в рамках других предметов в условиях введения федерального компонента государственного стандарта общего образования» [115]. Анализ нормативных документов показал, что изучение «Информатики и ИКТ» на ступени старшей школы имеет следующие тенденции: во-первых, место и содержание данного предмета дифференцировано в зависимости от профиля; во-вторых, «Информатика и ИКТ» как самостоятельный учебный предмет федерального компонента государственного стандарта общего (полного) образования представлена лишь в пяти профилях, тогда как для большинства профилей (8 из 13) она может быть реализована только за счет регионального компонента или элективных курсов.
Формирование инвариантного и вариативного компонентов системы задач по информационному моделированию
В предыдущей главе было обосновано, что задачный материал по информационному моделированию, приводящийся в учебной литературе для старшей школы, весьма скуден и по объему и по разнообразию. Еще проблематичнее выбрать из наличествующих задач те, которые можно соотнести с творческими. Для расширения диапазона поиска мы попытались проанализировать задачи, приводящиеся в периодической методической литературе и интернет-ресурсах, в двух направлениях:
1. Анализ материалов, посвященных изучению информационного моделирования или тем, связанных с информационным моделированием ([44], [66], [ПО], [119], [135], [136], [157], [153], [154], [171], [198] и др.) на наличие творческих задач;
2. Анализ материалов, так или иначе затрагивающих вопросы творчества при обучении информатике ([35], [53], [71], [72], [166], [212] и др.) на наличие задач по информационному моделированию с использованием универсальных программных сред.
Рассмотрение материалов по первому направлению показало, что в большинстве из них приводятся типовые задачи, предназначенные для овладения технологией моделирования и закрепления навыков работы с информационными технологиями. Задач творческого характера практически нет, а повышение уровня сложности задач достигается либо увеличением объема исходной информации либо уменьшением пояснений к решению задачи либо углублением уровня пользовательских умений по работе в соответствующей программной среде по сравнению с задачами более низкого уровня.
Поясним сказанное на примере. В методическом пособии [110] представлены разноуровневые задания для контрольных работ по информатике. В задачах по теме «Моделирование в виде динамических таблиц» учащимся предлагаются наборы данных, которые необходимо представить в виде таблицы и вычислить минимальные, максимальные и суммарные значения по некоторым параметрам. В задаче, соответствующей базовому уровню указано, что необходимо воспользоваться функциями МИН, МАКС и СУММ. В задачах повышенного уровня не указан список функций и добавлен подсчет среднего значения. В задачах углубленного уровня добавлено задание на сортировку данных в алфавитном порядке. Таким образом, хотя задание и отнесено к разделу «Компьютерное моделирование и проектирование», уровень его сложности определяется автором через уровень проявления умений и навыков работы в табличном -процессоре.
Наиболее продуктивной из рассмотренных по первому направлению публикаций, по нашему мнению, является статья А.Н. Горбачевой и др. [44]. Авторы предлагают исследовательские задачи по математическому прогнозированию и оптимизации в различных областях деятельности человека: экономика, экология, биология, физика, астрономия. Решение некоторых из задач направлено на выявление закономерностей и поиск причинно-следственных связей.
Существующие на сегодняшний день методические Интернет-ресурсы по обучению решению задач по информационному моделированию практически полностью дублируют решения задач, приводящиеся в учебниках.
Практически во всех публикациях, которые были отобраны по второму направлению, освещаются методические аспекты обучения информатике, так или иначе связанные с организацией творческой деятельности учащихся начальной и средней школы. В них не уделяется внимание проблемам обучения информационному моделированию, а предлагаемые подходы практически не переносимы на задачи по информационному моделированию. Обучению в старшей школе посвящена только статья Е.В. Давыдовой [53]. Автором предлагается организация творческой работы учащихся профильных классов в виде долгосрочных исследовательских проектов (продолжительностью не менее трех месяцев).
Таким образом, вопросы о возможности развития креативных способностей при решении задач по информационному моделированию в публикациях ученых, методистов и педагогов практически не затрагиваются, а задачи по информационному моделированию творческого характера, если и встречаются, то их применение хаотично и бессистемно.
По нашему мнению, при самостоятельном составлении задач для старшеклассников в их условия необходимо включать предметный материал в контексте интересов учащихся, отражать основы профильной направленности, включать данные, как хорошо знакомые ученикам из личного опыта, так и неизвестные факты для привлечения внимания к вопросам, связанным с их профилем. Необходимо делать акцент в содержании задач на вопросы экономики, обществознания, экологии, безопасности жизнедеятельности и здорового образа жизни, учитывать жизненно-профессиональные планы учащихся, связывать данные и содержание задач с производством, жизнью, особенностями и традициями родного края. Содержательную постановку задач необходимо варьировать для обеспечения «свободы выбора» как обязательного принципа системы учебно-творческих задач по информационному моделированию.
При подборе и составлении задач необходимо учитывать физиологию мышления. Как указывает Г.И. Саранцев, решение одной творческой задачи должно занимать не менее 10 минут (продолжительность фазы творческого мышления), ибо в противном случае новое упражнение вызовет сбой фазы. На уроке можно рассматривать не более двух проблемных ситуаций [156].
Как было обосновано ранее, содержание обучения решению задач по информационному моделированию представлено двумя блоками -инвариантным и вариативным.
Элементный состав и структура подсистемы системы задач по информационному моделированию, направленной на развитие креативных способностей старшеклассников, реализующая инвариантный блок содержания (в дальнейшем «инвариантная подсистема»), были определены нами в п. 1.1. Задачи инвариантной подсистемы должны в максимально возможной степени соответствовать всем принципам своей системы.
Рассмотрим возможные способы наполнения инвариантной подсистемы задач.
Задачи на построение дескриптивной модели на естественном языке для достижения целей развития креативных способностей должны быть сформулированы как задачи с недостатком или отсутствием исходной информации. Однако простая описательная модель является почти неформализованным текстом. Поэтому, задача на моделирование типа «Словесный портрет» [74, с.27] хотя и относится к дескриптивному моделированию и является «открытой», а значит и творческой задачей, вряд ли будет способствовать развитию умений формализации текстовой информации, как по содержанию, так и по оформлению. Более продуктивными являются задачи, предусматривающие представление текста в некоторой упорядоченной, структурированной форме и оформление его в виде списков, колонок, таблиц и т.д. Так, например, «открытые» задачи на построение словесной алгоритмической модели поведения в определенной ситуации или на составление плана подготовки или организации некоторого мероприятия по виду деятельности, направленной на их решение, являются задачами на разработку алгоритма, а их оформление средствами текстового процессора требует применения различных способов форматирования.
Процессуальный компонент методики обучения старшеклассников решению задач по информационному моделированию
В предыдущем параграфе была раскрыта специфика отбора и составления задач по информационному моделированию, решение которых направлено на развитие креативных способностей учащихся. Однако для того, чтобы такие задачи стали органичной частью процесса обучения информатике, содержательный компонент должен реализоваться во взаимосвязи с процессуальным. Суть процессуального компонента составляют методы и формы обучения, отбор которых также должен осуществляться с ориентацией на достижение новых образовательных результатов, в частности на развитие креативных способностей.
Так, например, при организации обучения в целях развития креативных способностей, необходимо рациональное сочетание репродуктивной и творческой деятельности, при котором воспроизводящая деятельность выступает как подготовительный этап к творческой деятельности, а с ее помощью ученики усваивают не содержание обучения, а способы деятельности.
При обучении решению задач по информационному моделированию это положение реализуется в определенной структуре организации обучения:
1) знакомство учащихся с новым способом деятельности на примере типовых задач в форме инструктивной лекции или лекции-диалога;
2) при необходимости, воспроизведение решения задачи за компьютером;
3) самостоятельное решение творческой задачи.
Такая структура организации обучения не случайна. Следование образцам - очень важный фактор, определяющий динамику развития творческих способностей. Особенности подражания в творческой познавательной деятельности характеризуются последовательным переходом от подражания репродуктивного характера через творческое подражание избранному образцу к самостоятельному творчеству, фундамент которого формируется двумя предшествующими стадиями [43].
Так, например, при обучении разработке словесных моделей имеет смысл провести объяснение нового материала в форме лекции-диалога, в ходе которой обсудить специфику основных этапов построения словесного моделирования и совместно с учениками решить на их основе одну из задач, а затем дать учащимся возможность самостоятельного решения творческих задач. В этом случае нет необходимости воспроизведения разработанной модели средствами текстового редактора, так как учащиеся не овладевают новым способом деятельности с этим инструментом.
Урок обучения решению задач оптимизационного математического моделирования с помощью надстройки MS Excel «Поиск решения» будет иметь другую структуру. Здесь целесообразна инструктивная лекция с подробным объяснением способа решения типовой задачи, сопровождающаяся демонстрацией, затем самостоятельное воспроизведение решения задачи за компьютером, и лишь потом перенос нового способа деятельности в процесс решения творческих задач.
Также, при обучении решению задач по информационному моделированию необходимо акцентировать внимание школьников на организацию деятельности в соответствии с этапами компьютерного моделирования с учетом специфики того вида моделирования, на базе которого составлена задача. Так, например, специфика этапов дескриптивного моделирования отражена в табл. 8
Необходимо подчеркивать, что процесс построения модели может быть свернут, некоторые из его этапов объединены, но не один из них не может быть пропущен.
Так, например, при разработке словесных или наглядных моделей учащимися не всегда осознается необходимость целеполагания, в связи с чем и этап анализа объекта осуществляется неверно или не осуществляется вовсе. Использование метода демонстрационных примеров с последующим их обсуждением позволяет обращать внимание учащихся на множественность вариантов построения модели в зависимости от цели моделирования и выделенных существенных свойств объекта. Так, например, при изучении словесного моделирования можно предложить учащимся следующее задание:
При этом необходимо учитывать, что при построении словесных, графических, смешанных моделей в большей степени задействовано конкретное мышление, тогда как при разработке математических -абстрактное. «Ведущее значение в мышлении старшеклассника занимает абстрактное мышление, но роль конкретного мышления отнюдь не умаляется: приобретая обобщенное значение, конкретное мышление выступает в виде типичных образов, схем, чертежей, моделей и т. п., оно становится носителем общего, а общее выступает как выразитель конкретного» [137, с.36].
Математическое моделирование проводится с соблюдением тех же этапов, но со своей спецификой. При составлении математической модели необходимо выделить предположения, на которых будет основана математическая модель; определить, что считать исходными данными, а что результатом; записать математические соотношения, связывающие результаты с исходными данными (эта связь и является математической моделью) [38].
При построении математических моделей методически целесообразно обращать внимание на разработку в некотором роде «универсальной» модели задачи, то есть пригодной не только для конкретных исходных данных, но и для решения других задач того же класса. Типичной ошибкой учащихся при решении задач с помощью табличного процессора является использование в формулах не ссылок на ячейки, в которых хранятся исходные данные, а конкретных числовых значений. Такой подход делает компьютерную модель не применимой для решения аналогичных задач или варьирования исходных данных, а мощный инструментарий текстового процессора используется на уровне калькулятора. Зачастую эта ошибка проистекает из того, что не выполнены в полной мере этапы, предшествующие непосредственному построению компьютерной модели.
Не менее важен, чем все предыдущие этапы и этап оценки полученной модели на адекватность цели, объекту и непротиворечивость существующей объективной реальности. Несомненно, адекватность - очень широкое и мало формализуемое понятие. Оно несет в себе отчетливо выраженный личностный оттенок. Анализ школьниками модели на адекватность должен подразумевать проверку ее соответствия цели, прототипу, а также непротиворечивости существующему научному знанию и объективной реальности.
Опрос 12 учителей информатики школ г. Биробиджана и ЕАО показал, что треть из них при обучении информационному моделированию не придают значения оценке адекватности модели, а остальные затрагивают эту тему лишь на теоретическом уровне. Ни один педагог не смог указать, на примере какой задачи можно было бы продемонстрировать важность и необходимость этого этапа. А ведь именно анализирование модели дает понять ученикам, что ее составление не является самоцелью решения задачи, учит их грамотно интерпретировать результаты информационного моделирования и извлекать из модели необходимую информацию для решения задачи.
Как указывалось ранее, оценивание адекватности модели совпадает по сути с задачами на рецензирование. Рецензирование модели может быть самостоятельной задачей или выступать как подзадача при решении задачи на разработку модели. Поясним сказанное на примерах.
Похожие диссертации на Методика обучения старшеклассников решению задач по информационному моделированию в контексте новых образовательных результатов
