Задачи моделирования как средство развития креативного мышления обучающихся

Человечество в своей деятельности постоянно создает и использует модели окружающего мира. Модели позволяют представить в наглядной форме объекты и процессы, недоступные для непосредственного восприятия. Наглядные модели часто используются в процессе обучения. В курсе географии первые представления о нашей планете Земля мы получаем изучая его модель – глобус, в курсе физики изучаем работу двигателя внутреннего сгорания по его модели, в биологии - строение человека по анатомическим муляжам и др. Развитие науки невозможно без создания теоретических моделей, отражающих строение, свойства и поведение реальных объектов. Создание новых теоретических моделей иногда коренным образом меняет представление человечества об окружающем мире. Никакая модель не может заменить сам объект. Но при решении конкретной задачи, когда нас интересуют определенные свойства изучаемого объекта, модель оказывается полезным, подчас и единственным инструментом исследования. Таким образом, специалистам в различных областях деятельности необходимо владеть навыками создания, анализа, корректировки модели, которые необходимо формировать в школе, в процессе учебной и внеурочной деятельности. В этом заключается актуальность представленной работы.

Предметом исследования, представленного в данной работе являются задачи моделирования
В работе выдвинута гипотеза – задачи моделирования формируют креативное мышление обучающихся при описании окружающей действительности.

Поставлены следующие задачи:

• Изучить научную и методическую литературу по данной теме
• Определить место темы «Моделирование» в курсе информатики
• Провести классификацию задач моделирования
• Выделить основные этапы построения моделей
• Привести примеры, подтверждающие данную гипотезу.

Моделирование как метод познания
моделирование есть метод опосредованного познания различных объектов путем построения их моделей (сохраняющих некоторые основные особенности этих объектов) с последующим изучением функционирования полученных моделей и переносом добытых знаний на предмет исследования.

В процессе моделирования должны присутствовать как минимум три участника: моделирующий субъект (человек), моделируемый объект (объект-оригинал) и объект-заменитель – собственно модель.

Место задач моделирования в курсе информатики

Федеральным компонентом государственного стандарта заложено достижение следующих целей:

• Освоение системы базовых знаний, отражающих роль информационных процессов в обществе, биологических и технических системах;
• Овладение умениями применять, анализировать, преобразовывать информационные модели реальных объектов и процессов, используя при этом информационные и коммуникационные технологии (ИКТ).

Для реализации поставленных целей определим место задач на моделирование в: базовом курсе информатики; профильном курсе информатики; во внеурочной деятельности.

В курс информатики 8-9 классов введен раздел «Формализация и моделирование», на изучение которого отводится 8 часов.
Практические навыки обучающихся формируются при выполнении следующих практических работ:
В базовом курсе информатики средней школы (10-11 кл.) раздел «Информационные модели» изучается 9 часов
Практические навыки формируются в процессе выполнения практических работ:
На профильном уровне изучается раздел «Моделирование и проектирование» (13 часов),

Таким образом, изучение моделирования является непрерывным.

Классификация задач моделирования

Тема «Моделирование» в курсе информатики является сквозной, в решении любой задачи содержится этап моделирования. При рассмотрении предложенных тем и разделов базового курса информатики рассматриваются задачи различного содержания, различного уровня сложности, различной направленности, но их объединяет одно понятие «модель». Условно их можно разделить на следующие типы:

• Задачи на определение понятия «модель»
• Задачи на определение вида модели.
• Задачи по теме «Этапы моделирования»
• Задачи на анализ предложенных моделей.
• Задачи на построение моделей
• Задачи на преобразование моделей из одного вида в другой

Рассмотрим пример задачи:

Задача 9.
Построить модель поиска файла в компьютере. Определить, какие характеристики файла могут при этом считаться его существенными признаками.

Цель: отработка учащимися умений определять существенные признаки, на основе которых строится модель деятельности
Виды деятельности: Построение модели на основе на основе синтеза признаков искомого объекта.
Основные этапы построения моделей

Для построения модели необходимо придерживаться определенной последовательности действий. Различают следующие этапы построения моделей:

• Анализ проблемы или проблемной ситуации
• Постановка задачи
• Выбор цели моделирования
• Анализ моделируемого объекта
• Системный анализ (описание системных свойств объекта)
• Выделение существенных для решения заданной задачи свойств
• Выбор формы оптимального представления модели
• Формализация задачи
• Анализ соответствия полученной модели заданной задаче
• Корректировка модели при несоответствии поставленной задаче и ожидаемому результату

С созданием и развитием компьютерной техники появилось понятие «компьютерного моделирования», что значительно шире традиционного понятия моделирования.

При компьютерном моделировании вводятся новые этапы:

• Выбор средств моделирования
• Разработка программной модели
• Планирование компьютерных экспериментов
• Собственно компьютерное моделирование

Модельная гипотеза мыслительной деятельности
Мозг человека содержит модель проблемной ситуации, в которой необходимо принять решение. Для решения используются метапроцедуры (ассоциативный поиск и ассоциативное рассуждение) , оперирующие с совокупностью знаний из той проблемной области, к которой принадлежит данная проблемная ситуация.
/Данный подход исходит из того, что решение неизвестной задачи, так или иначе, основывается на уже решенных задачах, чем-то похожи на ту, которую надо решить./
Рассмотрим фрагменты учебной и внеурочной деятельности формирующие креативное мышление при описании окружающей действительности.

Фрагмент 1 - Изложение новой темы «Система»

Деятельность учителя Деятельность учащихся
Вопрос: Давайте рассмотрим Класс как систему. Какие объекты находятся в классе?
Ответ:
Живые объекты: учитель, ученики;
Неживые объекты: парты, доска, стенды, стулья.
Вопрос: Почему мы выбрали объект класс, а не классная комната? Ответ: Классная комната является элементом системы Школа и относится к части здания, то есть это определенная форма, здесь присутствие таких объектов, как учитель и ученик, необязательно. А Класс как система описывает содержание, и важны все перечисленные выше элементы.
Вопрос: Приведите пример системы, выделите объекты представленных систем. Ответ: Государство как система, объекты – президент, правительство, парламент, армия, народ.

Фрагмент 2 – актуализация знаний по теме «Формы представления моделей»
Деятельность учителя Деятельность учащихся
Приведите примеры каждой формы представления моделей Возможные ответы:
Данные в классном журнале, расписание,
результаты олимпиады, представленные в таблице.

Магистраль дорог, линии электропередач образуют сеть.
С помощью дерева можно представить классификации объектов в химии и биологии, системы управления.

Фрагмент 3 – практическое задание по теме «Информационные модели на графах»
Задание: разработать генеалогическое дерево «Потомки Владимира Мономаха».

Фрагмент 4 – домашнее задание творческого характера может быть дано учащимся на перспективу как задание первого уровня, дифференцированно, как задание второго и третьего уровня. Ниже приводятся примеры подобных заданий:
По теме «Системный анализ и формализацию моделей», например
Найти в учебной литературе различные модели, представленные в виде схемы, чертежа, формулы, алгоритма.
По теме «Этапы построения моделей»:
Разработать информационную модель движения автомобиля с помощью графических и математических средств.
Фрагмент 5 –творческие проекты, выполняемые в рамках учебной и внеурочной деятельности.
В процессе изучения различных модулей, формирующих основные понятия и навыки моделирования необходимо привлекать обучающихся к созданию проектов различной сложности и кратковременности, требующих от учащихся не только создания модели представленной учителем задачи, но и поиск проблемных ситуаций в окружающем мире, ее анализ и моделирование. Задания такого рода формируют целостное восприятие окружающего мира, развивают информационное видение явлений и процессов окружающего мира, что развивает познавательный интерес школьников и формирует их креативное мышление.

В приложениях представлены некоторые проекты, выполненные учащимися в ходе учебной и внеурочной деятельности.

Заключение

Моделирование в современном научном познании используется как средство исследования сложных систем, непосредственное изучение которых затруднено или невозможно. На основе моделирования осуществляют перенос уже разработанных теорий в область новых знаний, что позволяет конструировать эти знания на достаточно хорошей теоретической базе. Поэтому эту сложную тему «Моделирование и формализация» необходимо рассматривать уже в школе, чтобы научиться пользоваться средствами научного знания для формирования собственных знаний об окружающем мире, чтобы овладеть логическими операциями творческого мышления.
Мы уже выяснили, в ходе построения модели необходимо проводить анализ проблемы или проблемной ситуации, ставить задачи, выбирать цель моделирования, проводить анализ моделируемого объекта, системный анализ, выбирать формы оптимального представления модели, проводить формализацию задачи, анализировать соответствие полученной модели заданной задаче, выполнять корректировку модели при несоответствии поставленной задаче и ожидаемому результату.

• Задачи моделирования развивают основные мыслительные процессы – способность анализа, синтеза, обобщения; формируют навыки переноса знаний в практическую деятельность обучающихся
•  Именно, эти действия, выполняемые учащимися в ходе решения учебной задачи способны развить креативность обучающихся