Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова»
Математический факультет
Кафедра информатики и математического обеспечения автоматизированных систем
ЗАЧЕТНАЯ РАБОТА
ПО ДИСЦИПЛИНЕ «СТОХАСТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ»
На тему:
«Специфика использования компьютерного моделирования в педагогических программных средствах »
Выполнила студентка:
5 к. ПМ и И (ОФО)
Жангоразова М.М.
Проверила:
к.ф.-м.н.,доцент Темботова М.М
Нальчик
2014
Введение 2
Информационные технологии в образовании. Основные аспекты информатизации образования 4
Психолого-педагогические проблемы компьютеризации обучения 7
Основные факторы, влияющие на эффективность использования
информационных ресурсов в образовательном процессе. 10
Заключение 12
Список литературы 14
Одним из важнейших направлений развития общества является образование. Образование «работает» на будущее, оно определяет личные качества каждого человека, его знания, умения, навыки, культуру поведения, мировоззрение, тем самым создавая экономический, нравственный и духовный потенциал общества. Информационные технологии являются одним из главных инструментов в образовании, поэтому разработка стратегии их развития и использования в сфере образования составляет одну из ключевых проблем. Следовательно, использование вычислительной техники приобретает общегосударственное значение. Многие специалисты полагают, что в настоящее время компьютер позволит осуществить качественный рывок в системе образования, так как учитель получил в свои руки мощное средство обучения. Обычно выделяют два основных направления компьютеризации. Первое ставит цель обеспечить всеобщую компьютерную грамотность, второе - использовать компьютер в качестве средства, повышающего эффективность обучения.
В системе обучения различают два вида деятельности: обучающую и учебную. Н.Ф. Талызина и Т.В. Габай предложили рассматривать роль компьютера в обучении с точки зрения той функции, которую он выполняет.
Если компьютер выполняет функцию управления учебной деятельностью, то его можно рассматривать как обучающее средство, заменяющее педагога, так как компьютер моделирует обучающую деятельность, задает вопросы и реагирует на ответы и вопросы школьника как педагог.
Если компьютер используется только как средство учебной деятельности, то взаимодействие его с учащимися осуществляется по типу «пользователь ЭВМ». В данном случае компьютер не является средством обучения, хотя он и может сообщать новые знания. Поэтому, когда говорят о компьютерном обучении, то имеют в виду использование компьютера как средства управления учебной деятельностью.
Несмотря на то, что пока нет единой классификации обучающих программ, многие авторы выделяют среди них следующие пять типов: тренировочные, наставнические, проблемного обучения, имитационные и моделирующие, игровые. Компьютерные модели имеют наиболее высокий ранг среди выше указанных. Согласно В.В. Лаптеву «компьютерная модель - это программная среда для вычислительного эксперимента, объединяющая в себе на основе математической модели явления или процесса средства интерактивного взаимодействия с объектом эксперимента и развитие средства отображения информации.
Современное состояние компьютерного обучения характеризуется большим набором обучающих программ, значительно отличающихся по качеству. Дело в том, что на начальном этапе компьютеризации школ учителя, использовавшие компьютерное обучение, создавали свои обучающие программы, а поскольку они не являлись профессиональными программистами, то и созданные ими программы были малоэффективными. Поэтому, наряду с программами, обеспечивающими проблемное обучение, компьютерное моделирование и так далее, имеется большое число примитивных обучающих программ, не влияющих на эффективность обучения. Таким образом, задачей учителя становится не разработка обучающих программ, а умение использовать готовые качественные программы, отвечающие современным методическим и психолого-педагогическим требованиям.
Одним из главных критериев дидактической значимости моделирующих программ является возможность проведения исследований, которые ранее в условиях школьного физического кабинета были неосуществимы. В содержании физического школьного образования есть ряд разделов, натурный эксперимент в которых лишь качественно описывает изучаемое явление или процесс. Применение компьютерных моделей позволило бы провести и количественный анализ данных объектов.
Важнейшим критерием эффективности компьютерного обучения следует, вероятно, считать возможность получения учащимися в диалоге с ЭВМ нового, важного знания по предмету, путем такого уровня или при таком характере познавательной активности, которые невозможны при безмашинном обучении, при условии, конечно, что их педагогический эффект и окупает затраты времени учителя и учащегося».
Значит, чтобы использование ЭВМ приносило реальную пользу, необходимо определить, в чем существующая методика несовершенна, и показать, какие свойства компьютера и каким образом способны повысить эффективность обучения.
Анализ состояния компьютерного моделирования свидетельствует о том что:
1) компьютерное моделирование представлено небольшим количеством программ вообще и в частности тех, которые моделируют физические процессы, исходя из положений молекулярно-кинетической теории (MKT);
2) в программах, моделирующих на основе MKT, нет никаких количественных результатов, а имеет место лишь качественная иллюстрация какого-либо физического процесса;
3) во всех программах не представлено связи микропараметров системы частиц с её макропараметрами (давлением, объёмом и температурой);
4) не существует разработанной методики проведения уроков с использованием компьютерных моделирующих программ по ряду физических процессов MKT.
Цель информатизации общества - создание гибридного интегрального интеллекта всей цивилизации, способного предвидеть и управлять развитием человечества. Образовательная система в таком обществе должна быть системой опережающей. Переход от консервативной образовательной системы к опережающей должен базироваться на опережающем формировании информационного пространства Российского образования и широком использовании информационных технологий.
Вхождение России в единое мировое информационное пространство ставит серьезные проблемы перед отечественным образованием. Начиная с 80-х годов, сумма знаний в обществе возрастает вдвое каждые 2 года. Изменится и структура знаний: доля традиционных знаний уменьшится с 70 до 40%, прагматических - с 15 до 10%, но возрастет доля новых знаний - с 5 до 15% и знаний, направленных на развитие творческих способностей личности - с 3 до 25%. Современное образование является поддерживающим, перспективное образование должно стать в информационном обществе опережающим.
Такое развитие информационного пространства требует обеспечения как психологической, так и профессиональной подготовленности всех участников образовательного процесса. В условиях радикального усложнения жизни общества, его технической и социальной инфраструктуры решающим оказывается изменение отношения людей к информации, которая становится важнейшим стратегическим ресурсом общества. Успешность перехода к информационному обществу существенным образом зависит от готовности системы образования в кратчайшие сроки осуществить реформы, необходимые для ее приспособления к нуждам информационного общества.
По существу, речь идет о решении проблемы качественного изменения состояния всей информационной среды (пространства) обитания российского образования в сопряжении с отечественной наукой и общественной практикой, а также в сопряжении с мировой высшей школой и мировой наукой. Решение этой задачи открывает новые возможности для ускоренного прогрессивного индивидуального развития каждого человека в системе образования и для роста качества совокупного общественного интеллекта, что в перспективе окажет свое положительное влияние на все стороны общественной жизни России.
Эффективность процесса информатизации непосредственно зависит от эффективности процессов создания и использования информационного ресурса, т.е. всего информационного потенциала общества. Информационный ресурс фактически есть совокупность информации о прошлом и настоящем опыте человечества, база для воспроизводства новой информации.
По развитию информационного общества Россия отстала от многих западных стран. Это можно легко пронаблюдать на примере общего индекса зрелости информационного общества (Information Imperative Index). Он состоит из 20 четко сформулированных показателей из трех областей: социальной, информационной и компьютерной. Социальные показатели состоят из законодательной базы, регулирующих норм и политических факторов. Информационный показатель состоит в основном из сектора информатики и информационного бизнеса (программное обеспечение, мультимедиа и т.д.). Компьютерный показатель отражает объем и насыщенность рынка оборудования, такого как РС, Интернет, мобильные телефоны и пр. Россия находится на 34 месте из 54 стран, т.е. в группе III. Наилучшие показатели в России достигнуты в социальной сфере (20 место), затем идет информационная сфера (32 место), и наихудший уровень наблюдается в компьютерной сфере (46 место). Все это вместе составляет ясную картину, демонстрируя, что телекоммуникационная инфраструктура и аппаратное обеспечение требуют в целом большего развития, чем законодательная база.
В процессе информатизации образования необходимо выделить следующие аспекты:
Проанализируем состояние и развитие каждого аспекта.
Главной проблемой методологического аспекта является выработка основных принципов образовательного процесса, соответствующих современному уровню информационных технологий. К сожалению, на данном этапе новые технологии искусственно накладываются на традиционные образовательные формы. Поэтому необходимо найти новые подходы к формированию основных требований к каждому уровню образования. Например, как сочетать традиционные требования умения грамотно писать и считать с возможностями компьютера, который это делает лучше и в силу присущей человеку лени не способствует формированию таких навыков. Аналогичный пример касается чтения. Легкий доступ к информационным ресурсам, создание которых никто не контролирует, атрофирует у человека стремление работать с литературой. Такие же тенденции прослеживаются в области черчения и других дисциплин. Реальные лабораторные исследования заменяются работой в виртуальной среде. Но поскольку технический прогресс остановить невозможно, крайне важно выработать новые образовательные стандарты.
Основные преимущества современных информационных технологий (наглядность, возможность использования комбинированных форм представления информации - данные, стереозвучание, графическое изображение, анимация, обработка и хранение больших объемов информации, доступ к мировым информационным ресурсам) должны стать основой поддержки процесса образования, в этом заключается сущность методического аспекта.
Экономической основой информационного общества являются отрасли информационной индустрии (телекоммуникационная, компьютерная, электронная, аудиовизуальная), которые переживают процесс технологической конвергенции и корпоративных слияний. Происходит интенсивный процесс формирования мировой «информационной экономики», заключающийся в глобализации информационных, информационно-технологических и телекоммуникационных рынков, возникновении мировых лидеров информационной индустрии, превращении «электронной торговли» по телекоммуникациям в средство ведения бизнеса.
К сожалению, наша страна активно не участвует в информационной индустрии, что во многом приводит к навязыванию западных стандартов в образовании.
Рассматривая технический аспект, отмечу, что в настоящее время создано и внедрено достаточно большое число программных и технических разработок, реализующих отдельные информационные технологии. Но при этом используются различные методические подходы, несовместимые технические и программные средства, что затрудняет тиражирование, становится преградой на пути общения с информационными ресурсами и компьютерной техникой, приводит к распылению сил и средств. Наряду с этим различный подход к информатизации на школьном и вузовском уровнях вызывает большие трудности у учащихся при переходе с одного уровня обучения на другой, приводит к необходимости расходования учебного времени на освоение элементарных основ современных компьютерных технологий.
Отсутствие единой политики в области оснащения техническими и программными средствами в угоду сиюминутной выгоде инициирует использование устаревших информационных технологий, вызывает трудности при переходе с одного уровня обучения на другой, является препятствием для включения в мировую образовательную систему. Очень серьезным моментом, связанным с использованием низкосортной вычислительной техники, является игнорирование вопросов экологической безопасности работы с компьютерами. Этому аспекту за рубежом уделяется серьезное внимание и расходуются значительные средства на проведение в этой области научных исследований и практических мероприятий.
Поэтому необходима интеграция усилий участников образовательного процесса в рамках формирования единого информационного пространства общероссийского и регионального образования на единых концептуальных, методологических и технологических принципах. В связи с этим новизной данного проекта является разработка типовой модели информатизации со всеми компонентами компьютеризации и видами обеспечения. Научно-технический уровень современных базовых информационных технологий образования в общем, соответствует требованиям, предъявляемым прикладными информационными технологиями. Проблема заключается в недостаточном уровне проработки методологических вопросов.
При этом, как показывает анализ, огромные средства затрачиваются во всем мире на разработку многочисленных конкретных прикладных систем и уделяется совершенно недостаточное внимание методическим вопросам.
Технологической основой информационного общества являются телекоммуникационные и информационные технологии, которые стали лидерами технологического прогресса, неотъемлемым элементом любых современных технологий, они порождают экономический рост, создают условия для свободного обращения в обществе больших массивов информации и знаний, приводят к существенным социально-экономическим преобразованиям и, в конечном счете, к становлению информационного общества.
Усиление роли самостоятельной работы обучаемого позволяет внести существенные изменения в структуру и организацию учебного процесса, повысить эффективность и качество обучения, активизировать мотивацию познавательной деятельности в процессе обучения.
В сегодняшнее время роль информационных технологий (ИТ) чрезвычайно важна, они занимают центральное место в процессе интеллектуализации общества, развития его системы образования и культуры. Их широкое использование в самых различных сферах деятельности человека диктует целесообразность наискорейшего ознакомления с ними, начиная с ранних этапов обучения и познания. Система образования и наука являются одним из объектов процесса информатизации общества. Информатизация образования в силу специфики самого процесса передачи знания требует тщательной отработки используемых технологий информатизации (ТИ) и возможности их широкого тиражирования. Кроме того, стремление активно применять современные информационные технологии в сфере образования должно быть направлено на повышение уровня и качества подготовки специалистов.
Обучающие программы реализуются с помощью компьютера, и вполне естественно, что при их разработке ведущее место приобрели проблемы, связанные с машинной (программной) реализацией программ.
Термин "программирование" трактуется по-разному: в более узком смысле - как составление программы для компьютера и как разработка программ в широком смысле слова. Когда мы говорим, что система образования и общество в целом программируют личность, то очевидно, что здесь речь идет о том, что общество в целом и, в частности через систему образования, оказывает большое влияние на становление человека как личности. Применительно к компьютерному обучению выражение "программирование обучающих курсов" стало восприниматься как синоним "разработки обучающих курсов".
В настоящие время все большее число специалистов в области компьютерного обучения вынуждено признать, что основные проблемы при разработке обучающих программ - психолого-педагогические. По мнению многих специалистов, программирование обучающей программы - это лишь один этап её разработки, который требует не более 10-20% времени и усилий. К тому же данный этап относится к наиболее изученным, его реализация при наличии опытных специалистов, как говорится, - дело техники. Компьютеризация обучения отчетливо показала, что многие психологические и дидактические понятия и концепции требуют пересмотра, поскольку в настоящие время они "не работают": основываясь на них, нельзя разработать эффективные обучающие программы.
Следующая проблема компьютерного обучения связана с тем, что использование компьютера не вписывается в стандартную классно-урочную систему.
Отдельное направление использования компьютера в обучении - интегрирование предметных учебных курсов и информатики. При этом компьютер используется уже не как средство обучения, а как средство обработки информации, получаемой при изучении традиционных дисциплин - физики, математики, химии, экологии, биологии, географии.
Весьма перспективной технологией обучения является метод групповых исследовательских проектов, моделирующий деятельность реального научного сообщества. Такая технология включает следующие моменты:
Использование компьютера очень хорошо вписывается в эту технологию обучения, особенно, если имеется возможность реализовать компьютерные телекоммуникации: обмениваться сообщениями по электронной почте с классами в других городах и даже странах, параллельно выполняющими такой же проект.
Содержание обучения по методу проектов является межпредметным, интегрированным, привлекающим знания из различных областей, как и проблемы, возникающие на практике. Обучение по методу проектов, кроме изучения конкретных разделов наук, позволяет достигать и другие педагогические цели:
Современные исследования в области применения компьютеров в обучении развиваются, в основном, в рамках нескольких основных направлений, которые можно обозначить следующим образом:
Наиболее перспективным направлением развития систем компьютерного обучения является технология искусственного интеллекта (ИИ) - путь создания самообучающихся систем, приобретающих знания в диалоге с человеком. Общая архитектура системы совместного обучения человека и компьютера может определяться следующими компонентами:
Другое направление развития систем искусственного интеллекта - распределенные системы, связывающие два и более компьютеров так, что ученики могут обучаться, сотрудничая или соревнуясь, каждый на своем компьютере. В этом случае возникает некое подобие "классного" обучения, но на совершенно ином уровне. Эксперименты и оценки показывают, что такое обучение оказывается более эффективным и интересным, чем обучение в одиночку. Основанные на знаниях модели обучаемых, стратегии решения задач могут быть построены с использованием различных видов дифференциального анализа, когнитивной диагностики.
В современных интеллектуальных обучающих системах, в основном, используются знания о качественных (количественных) аспектах процесса обучения. Однако необходимо учитывать и мотивационную сторону обучения. Мотивационные аспекты обучения можно классифицировать в соответствии с такими явлениями, как соревновательность, заинтересованность, самоконтроль, уверенность и удовлетворение.
Таким образом, выделив основные направления исследований в области компьютерного обучения и основные подходы в компьютерном обучении, можно сделать вывод, что существуют психолого-педагогические аспекты, влияющие на развитие компьютеризацию учебного процесса.
На эффективность информационных ресурсов в образовательном процессе влияют следующие факторы:
Информационная перегрузка - это реальность. Избыток данных служит причиной снижения качества мышления прежде всего среди образованных членов современного общества;
Внедрение современных информационных технологий целесообразно в том случае, если это позволяет создать дополнительные возможности в следующих направлениях:
Компьютерная поддержка каждого изучаемого предмета, и этот процесс нельзя подменить изучением единственного курса информатики.
Положительным при использовании информационных технологий в образовании является повышение качества обучения за счет:
Отрицательными последствиями использования информационных технологий в образовании являются следующие:
В этих условиях информатизация образования должна быть управляемой.
Делая вывод, отмечу, что необходимо учитывать как положительные так и отрицательные факторы, влияющие на эффективность использования информационных ресурсов, так как их недооценка может не благоприятно сказаться на всем образовательном процессе.
В соответствии с поставленными задачами исследования получены следующие основные результаты:
1. Проведенный анализ литературы по изучению моделей и моделирования позволил выделить ряд теоретических положений, характеризующих их с гносеологических, кибернетических и др. позиций. Моделирование является универсальным методом познания мира. И модели, как результат процесса моделирования, имеют многоаспектное значение. Применение моделей позволяет упростить сложные природные явления, выделив при этом наиболее сложные стороны объекта. Это дает возможность, как правило, воспользоваться математическим языком описания, наиболее приспособленным для переработки информации, получить доступные экспериментальной проверке количественные результаты, и соотнести эти результаты с реальным объектом. Процесс обучения является своеобразным аналогом процесса научного познания. А поскольку научному познанию свойственно упрощать описание реальных объектов посредством модельных представлений, то и использование моделей и моделирования в обучении следует признать обоснованным. Моделирование широко применяется при обучении в школе, особенно современная его форма - компьютерное моделирование. Компьютерные модели сочетают в себе достоинства учебных моделей, особенно такие, как возможности абстрагирования и исследования поведения динамических систем, с имитационными свойствами компьютера и разнообразными способами обработки, хранения и получения информации. Поэтому слияние достоинств моделирования с возможностями компьютера позволяет получить достаточно сильный эффект в обучении, который мы назвали познавательным резонансом в обучении.
2. Изложенные выше положения стали теоретической основой обучения с использованием компьютерного моделирования. Это обоснование полиаспектно: оно включает информационный, психологический и дидактический аспекты.
Информационный аспект предполагает:
- возможность получения новой разнообразной информации;
- реализацию выбора информации;
- развитие информационной культуры учащихся.
Психологический аспект реализации возможностей компьютерного моделирования в обучении отражает:
- особый характер отношений ученика с окружающими объектами (тройственность взаимоотношений между учеником, учителем и компьютером), который дает возможность более вариативного подхода к построению учебной деятельности;
- более широкие возможности реализации индивидуального подхода;
- влияние на познавательный интерес школьников;
- психические особенности восприятия, памяти, мышления, воображения;
- новые возможности коммуникативной организации обучения.
Дидактический аспект применения компьютерных моделей в школе состоит в том, что появляется возможность
- реализовать основные дидактические принципы обучения;
- использовать различные формы организации процесса обучения;
- разработать и реализовать цели обучения;
- отобрать содержание изучаемого материала в соответствии с используемыми компьютерными моделями;
- получить качественно новые результаты обучения.
3. На основании изучения психолого-педагогической литературы можно выделить три основные группы проблем, связанных с применением компьютеров: первая связана с теоретическим обоснованием обучения, вторая представляет собой проблему создания обоснованной технологии компьютерного обучения, а третья объединяет психолого-педагогические аспекты проектирования обучающих программ. Анализ путей решения этих проблем позволил нам выделить ряд требований, соблюдение которых необходимо при проектировании учебных компьютерных программ. Эти требования включают психологические особенности восприятия, памяти, мышления школьников, организацию учебной деятельности, реализацию диалоговых свойств компьютера. При разработке компьютерных учебных программ должны быть учтены такие аспекты, как содержание программы, дидактические цели, реализуемые ею, обучающие функции, место и время включения программы в учебный процесс, методическое обеспечение, учет возрастных особенностей развития детей.
1. Агапова, О. Проектно-созидательная модель обучения / О.Агапова, А.Кривошеев, А.Ушаков // Alma Mater (Вестн. высш. шк.). 1994 - №1. - С. 19.
2. Балыкина, E.H. Новые информационные технологии обучения общественным наукам / Е.Н.Балыкина // Пути применения электронно-вычислительной техники в научно исследовательской работе: Сб. науч. ст. (Материалы творч. дискус.). - М., 1991. - С.95 - 99.
3. Балыкина, E.H. Технология производства компьютерных учебных программ по историческим дисциплинам / Е.Н.Балыкина // Опыт компьютеризации исторического образования в странах СНГ: Сб.ст. / Под ред.: В.Н.Сидорцова, Е.Н.Балыкиной. Минск, 1999. - С. 135-149.
4. Беллман, Р. Динамическое программирование / Р.Беллман М., 1960. - 400с.
5. Белостоцкий, П.И. Компьютерные технологии: Соврем, урок физики и астрономии / П.И.Белостоцкий, Г.Ю.Максимова, Н.Н.Гомулина // Первое сент. 1999 - №20. - С. 3. - (Физика).
6. Бергер, Н. М. Развитие статистических представлений в молекулярной физике / Н.М.Бергер // Физика в шк. 1993. - N5. - С. 38-42.