Специфика использования компьютерного моделирования в педагогических программных средствах.

Стремительные вхождения информационных и коммуникационных технологий на все сферы жизнедеятельности человека, также способствовала совершенствовать и модернизировать традиционную методическую систему обучения.

Как известно, что наиболее приоритетным направлением применения информационных и коммуникационных технологии в системе образования является использования возможностей информационных и коммуникационных технологии как средства для обучения.

Многолетние опыты и исследовании по использованию информационных и коммуникационных технологии в обучении, постепенно стали систематизироваться и в последние годы появились следующие результаты: в теории и в практике обучения появились понятии информационная технология обучения, классификация информационных технологии обучения и многое другое.

Одним из наиболее интересных и требующих особого внимания, среди категории информационных технологии обучения являются инструментальные программные средства познавательного характера.

В педагогической науке для развития познавательных или когнитивных качеств личности, обучаемым предлагаются различные задании эвристического характера, в которых требуются решить реальную проблему, изучить взаимосвязи и закономерности тех или иных явлении, найти принципы построения различных структур и т.п.. Следовательно, использование современных инструментально-программных средств познавательного характера при решении таких задач, еще больше способствуют развитию познавательно- исследовательских качеств личности.

Преимущество инструментальных программных средств познавательного характера заключается в том, что они как средства обучения могут предоставлять возможности обучаемым:

· построить схему решения (или компьютерную модель) конкретной задачи;

· демонстрировать свои знания и возможности;

· экспериментировать данными.

Например, одним из наиболее распространенных инструментальных программных средств познавательного характера является система символьной математики MATLAB.

Система MATLAB,выполняет всякие вычисления с действительными и комплексными массивами чисел, преобразует чисел в разные форматы, а так же решает многие задачи из курса алгебры и анализа. Графические возможности системы позволяют пользователям построить сложные графики, в том числе и трехмерные графики. Пакет Simulink благодаря тесной интеграции с MATLAB, имеет непосредственный доступ к широкому диапазону средств проектирования и анализа. Традиционный подход к проектированию систем обычно заключается в создании прототипа, за которым следует всестороннее тестирование и внесение соответствующих изменений. Этот подход требует больших временных и финансовых затрат, поэтому самой эффективной и общепринятой альтернативой является имитационное моделирование. Simulink - мощный инструмент для имитационного моделирования, обеспечивающий быстрое построение и тестирование виртуальных прототипов и дающий доступ к любому уровню детализации проекта.

Опыт преподавания MATLAB и других инструментально- программных средств познавательного характера в разных специальностях показывает, что такие программные средства в определенной мере способствуют формированию у студентов, таких навыков научно- исследовательской работы, как определение конкретной проблемы, постановка задачи, построение математической модели и ее реализация на компьютере, экспериментировать, вносить корректировку и т.п. при изучении конкретного процесса.

 

Учебные компьютерные модели

Непрерывное и быстрое расширение областей исследования, в которых уда­ется эффективно использовать математические методы, составляет одну из харак­терных черт развития современной науки. Раздвигая традиционные рамки «точ­ных наук», этот процесс вовлекает сегодня в свою сферу биологию и социологию, языкознание и психологию, юриспруденцию и историю. Применение математиче­ских методов открывает во всех этих областях знаний пути для более глубокого проникновения в сущность и закономерности изучаемых явлений, более точного предсказания их развития в различных условиях, а значит, и более эффективного управления ими, практического их использования

Модель Колмогорова, связанная с педагогикой

Несмотря на потребность в применении математических методов в педаго­гике, специалисты в области математики отмечают, что применение математиче­ских методов в социальных и гуманитарных науках связано с большими трудно­стями, так как выделение однородного качества и его математическое изучение затруднены тем, что при этом приходится учитывать и такие субъективные факто­ры, как воля, цели, ценностные ориентировки и мотивации людей. Основная труд­ность в этом случае состоит в построении качественной теории процессов. Если не учитывать этого, возникает опасность бесплодного увлечения формулами и мате­матическим аппаратом, за которыми исследователи перестают видеть реальное содержание изучаемых процессов. Фактически речь идет об опасности узкого подхода к сложнейшим, много­факторным явлениям социального, а следовательно, и педагогического порядка. На необходимость применять методы точных наук с учетом специфики объектов такого применения указывают многие крупные учёные.

Таким образом, можно утверждать, что применение математических мето­дов в педагогике ограничено спецификой гуманитарной сферы. Тем не менее Л. Н. Колмогоров не отрицает возможности применения математических методов в науках, изначально достаточно далеких от математики, в том числе и гумани­тарных.

Одним из важных математических методов является математическое моделирование. Математические модели представляют собой многофункциональное дидактическое средство, способствующее решению разнообразных педагогиче­ских задач. Возможности этого средства остаются до сих пор недостаточно рас­крытыми. Несмотря на то, что такие модели являются формальным инструмента­рием познания, его использование способствует достижению не только образова­тельных, но и развивающих дидактических целей. Эго объясняется тем, что моде­ли, неразрывно связанные с конкретным содержанием учебного предмета, помо­гают его представить ярко, выпукло, соединив строгость научных рассуждений с глубоким научным анализом структур изучаемых процессов и явлений любой ка­чественной природы. Рассмотрим пример применения математических моделей к процессу обучения в группе.

Математическое образование в учебных заведениях связано, прежде всего, с обучением в группе. Необходимой предпосылкой эффективности группового обу­чения является адекватный подбор последовательности (траектории) изучения элементов знания из учебного пособия в соответствии с поставленными целями.

Обучение в группе допускает различные стратегии. Одна из них, например, предполагает изучение всех элементов знания за исключением знаний усвоенных каждым учеником группы. При такой стратегии практически каждому ученику преходится затрачивать время на повторное изучение уже известных ему элемен­тов знания. Другая стратегия группового обучения предполагает изучение нового материала, ориентируясь на «средний» уровень знаний учащихся группы. Вторая стратегия обучения в большей степени учитывает начальную подготовку учащих­ся, во требует разработки ни диви дуальных траекторий выравнивания знаний каж­дого из учеников.

Пример Пусть GUI, OU2,..., GUk - графы, представляющие модели знаний учеников Ul, U2,..., Uk; ОС - модель цели обучения; NZ - набор задач. Опишем алгоритм построения ориентированной на первую стратегию обучения модели знаний труппы Ug учащихся:

1) окрасить вершины и дуги графа Q = GC в черный цвет;

2) все вершины и ребра графа G, входящие в модель знаний каждого учени­ка Ug, окрасить в зеленый цвет.

Полученный таким образом цветной граф называется моделью знаний группы Ug, учащихся, ассоциированной с целью обучения GC.

Второй алгоритм построения модели знаний группы ориентирован на вто­рую стратегию обучения. При такой стратегии материал, усвоенный большей ча­стью группы, изучается только учащимися плохо знакомыми с данным материа­лом:

1) окрасить вершины и дуги графа G = GC в черный цвет;

2) все вершины и ребра графа G, входящие в половину и более моделей зна­ний учеников GUi (i = 1,.., к), окрасить в синий цвет;

3) все вершины и ребра графа G, входящие в каждую из моделей знаний учеников GUi, где i = I,к, окрасить в зеленый цвет.

Получим цветной граф GUg, который называется ассоциированной с целью обучения GC моделью знаний группы Ug учащихся и обозначается M3r(Ug).

Ликвидация пробелов в знаниях учащихся производится по индивидуальной траектории выравнивания для каждого из учащихся.