Состав и структура учебных компьютерных моделей

Понятно, что особенности дистанционной формы обучения наиболее значимо сказываются в области обучения естественнонаучным дисциплинам. Это проявляется в том, что в этих дисциплинах традиционно предусматривается лабораторный практикум, но в условиях дистанционного обучения нет доступа к лабораториям учебных заведений. Следовательно, решать педагогические задачи (развитие интеллектуального, творческого потенциал, аналитического мышления и самостоятельности) посредством экспериментальных работ становится затруднительно. Таким образом, возникает необходимость использования средств обучения, которые позволяют без потерь качества обучения перейти от традиционного обучения к дистанционному. Такими средствами могут выступать компьютерные модели[4].

Компьютерное моделирование способствует развитию у школьника формально – логической и операционной формы мышления и позволяет творчески переосмыслить современные методы научного познания[28].

Так что же такое «компьютерная модель»? Слово «модель» имеет франко – итальянские корни и переводится на русский как «образец» [8].

Одно из наиболее полных определений «модели» дал В. А. Штоф: «Под моделью понимается 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» [23].

Интересное определение понятия «компьютерная модель» предложено Т.В. Миньковичем и определено им как модель, реализованная с помощью компьютера, которая представляет совокупность данных и программ для их обработки[21].

В.В. Лаптев и А.А. Немцев предложили для компьютерных моделей, используемых в обучении, употреблять термин «учебные компьютерные модели». Они выделили специфику учебных компьютерных моделей, заключающуюся в необходимости применения средств наглядного отображения информации при их реализации. Поэтому с учетом современного уровня развития аппаратно – программных средств компьютерного моделирования, под учебной компьютерной моделью можно понимать аппаратно – программную учебную среду, моделирующую изучаемый процесс или объект, предоставляющую средства наглядного отображения информации и, при необходимости, позволяющую осуществлять интерактивное управление моделью[21].

М. И. Хоютанова считает, что компьютерная модель – это созданный за счет ресурсов компьютера виртуальный образ, качественно и количественно отражающий свойства и внутренние связи моделируемого объекта, а в лучшем случае передающий и его внешние характеристики[31].

Таким образом, моделирование – это изучение некоторого явления с помощью моделей, т.е., заменителей, аналогов.

По мнению Э. Е. Нифантьева, А.К. Ахлебинина и В.Н. Лихачева, под учебной компьютерной моделью следует понимать программный модуль, моделирующий изучаемый объект или явление и объединяющий в себе средства отображения и представления информации. Такое определение учебных компьютерных моделей позволяет рассматривать их как индивидуальные объекты, входящие в состав педагогических программных средств различного назначения, а включение их в состав программного какого – либо продукта – как вариант дидактического использования модели в процессе обучения[23].

Важно отметить, что учебная компьютерная модель в составе программного продукта обычно существует не сама по себе, а дополняются различной информацией. Такое объединение УКМ и дополнительной информации можно назвать информационно – моделирующим модулем. Под моделирующей программой можно понимать самостоятельный программный продукт, предназначенный для изучения объектов и явлений, в котором для этого интенсивно используются информационно – моделирующие модули соответствующих объектов и явлений.

В.Н. Лихачев отмечает, что информационно – моделирующим модулем предложено называть совокупность учебных компьютерных моделей и информационных блоков различного типа, объединенных на основе содержательного критерия. Информационными блоками, входящими в состав информационно – моделирующего модуля (ИММ), может быть описание моделируемого явления или объекта, представленное в текстовом, звуковом или схематическом виде; инструкции по организации работы с ИММ; задания для работы с ИММ; справочная информация; видеозапись моделируемого объекта; информация об отличие модели от моделируемого объекта, но центральным элементом ИММ является учебная компьютерная модель[21].

Структуру информационно – моделирующего модуля можно представить в виде схемы:

Большое значение для эффективного восприятия информации имеет расположение элементов, входящих в состав информационно – моделирующего модуля, на экране. Наиболее рациональное использование визуального пространства достигается при отображении элементов ИММ в трех окнах, содержащих учебную компьютерную модель; текстовую информацию (описание модели); краткую информацию о моделируемом объекте или явлении. А если в состав ИММ входит несколько моделей, то у учащегося должна быть возможность выбора текущей. Содержание текстовой информации может быть различным в зависимости от действий, выполняемых учащимися. По мнению В. Н. Лихачева расположение элементов ИММ на экране должно быть основано на теории зрительного восприятия:

УКМ в составе ИММ в зависимости от содержания и структуры ИММ может находить различное методическое применение, поэтому функционирование УКМ в составе ИММ является вариантом ее дидактического использования в процессе обучения. Это позволяет рассматривать с единых дидактических позиций использование в процессе обучения различных типов УКМ[21].

Перспективность использования компьютерных моделей отмечается в работе научно – методического симпозиума «Компьютерное моделирование в обучении точным наукам», в котором были обозначены направления, связанные с необходимостью разработки компьютерных моделей для обучения, такие, как:

§ применение виртуальных лабораторных практикумов по различным дисциплинам и курсам в области точных наук;

§ формирование у школьников и студентов системного естественнонаучного мировоззрения на основе создания опорных образовательных образов в этой области;

§ изучение природы микро- и макромиров, окружающих человечество, что с помощью физического лабораторного оборудования современной школы и вуза практически невозможно;

§ более глубокий анализ физических, химических, биологических и других процессов и явлений за счет имитации и учета существенно большего количества параметров и факторов по сравнению с возможностями физического лабораторного оборудования[28] [19].

Для организации компьютерного лабораторного практикума необходимо использовать компьютерные модели,предусматривающие активное взаимодействие с учащимися и разработанные для использования в сети и не зависящие от операционной платформы.

В ходе разработки интерактивных компьютерных моделей(ИКМ) педагог должен найти разумное дидактически обоснованное соответствие между логикой работы вычислительной машины и логикой развертывания живой человеческой деятельности учения. Важно предусмотреть специальные меры по стимулированию учебной деятельности, поддержанию положительной мотивации к учению, созданию благоприятного режима работы. Необходимо вовлечь обучаемых в самостоятельную деятельность учения, имитируя практику, усиливая возможности анализа и синтеза изучаемых явлений и процессов[19].