В. І. Межуєв, кандидат педагогічних наук, доцент М. В. Кудінов



Скачати 69.03 Kb.
Pdf просмотр
Дата конвертації14.02.2017
Розмір69.03 Kb.

УДК 372.853
В. І. Межуєв,
кандидат педагогічних наук, доцент
М. В. Кудінов,
кандидат педагогічних наук, доцент
Є. В. Тимошенко,
кандидат технічних наук, доцент
(Бердянський державний педагогічний університет)
ТЕОРЕТИЧНІ ОСНОВИ РОЗРОБКИ КОМП’ЮТЕРНИХ СИСТЕМ
НАВЧАЛЬНОГО ФІЗИЧНОГО МОДЕЛЮВАННЯ
Проектування комп’ютерних систем навчання будь-якого типу повинно
ґрунтуватися на чіткому теоретичному фундаменті. В основу розробки навчальних програм мають бути покладені визначені логічні, психологічні та дидактичні принципи. Це потребує аналізу форм та методів навчально- пізнавальної діяльності, що можливо реалізувати в умовах комп’ютерного навчання.
Особливістю нашого підходу є розгляд моделювання як основної форми організації та методу навчально-пізнавальної діяльності учнів та студентів в
умовах комп’ютерного навчання фізики [6]. Цей факт зумовлено особливим
місцем моделювання серед інших методів наукового та навчального пізнання
– абстрагування, ідеалізації, аналогії, формалізації, методу висування гіпотези, розумового експерименту тощо, власне тим, що метод моделювання в явній чи прихованій формі використовується в кожному з них. У цьому випадку фізична модель є стрижневим елементом навчального матеріалу,
навколо якого концентрується система понять, що підлягає засвоєнню учнями та студентами в умовах комп’ютерного навчання.
Предметом статті є методологічні, психолого-педагогічні та логічні
засади розробки комп’ютерних систем навчального фізичного моделювання.

Розгляд різних елементів системи навчання крізь призму методу моделювання дозволяє використати спільний понятійний апарат для визначення теоретичних принципів та встановлення практичних шляхів реалізації комп’ютерних систем зазначеного типу.
Мета дослідження полягає у визначенні теоретичних основ розробки комп’ютерних програм, спрямованих на формування системи знань з фізики та розвиток науково-теоретичного мислення учнів і студентів шляхом використання методу моделювання фізичних процесів та явищ.
Досягнення мети дослідження потребує розв’язання таких завдань:
1. Розгляду навчально-пізнавальної діяльності учнів та студентів крізь призму задачного підходу й аналізу можливості використання єдиної
теоретичної платформи для реалізації його в умовах комп’ютерного навчання фізики.
2. Аналізу проблеми формування фізичних понять та їх системності на основі методу моделювання в умовах комп’ютерного навчання.
3. Вивчення питання про необхідність розробки мови навчального
фізичного моделювання як системи лінгвістичних засобів організації
навчально-пізнавальної діяльності учнів та студентів в умовах комп’ютерного навчання.
4. Формулювання основних понять мови навчального фізичного моделювання, а також встановлення структури й основних властивостей
інформаційних об’єктів, що практично реалізують визначені поняття засобами комп’ютерних технологій (КТ).
Задачний підхід. Вважаючи центральною проблемою у процесі
навчання необхідність організації активної розумової діяльності учнів,
неможливо не враховувати, що така діяльність може здійснюватися лише на основі пізнавальних задач, тільки у формі їх розв’язування. Саме тому базовим процесом для залучення комп’ютерних засобів навчання є процес
розв’язування задач та проблем. Таким чином, проблема організації
навчально-пізнавальної діяльності учнів та студентів в умовах
комп’ютерного навчання потребує розгляду крізь призму задачного підходу
(його сутність полягає у тому, що вся діяльність суб’єктів, тобто викладачів,
учнів або студентів, описується та реалізується як система процесів
розв’язування різноманітних задач [1, с. 4]).
Розглянемо можливість використання єдиної теоретичної платформи для реалізації задачного підходу в умовах комп’ютерного навчання. Такий шлях ми вбачаємо у використанні системи інформаційних об’єктів, що можуть застосовуватися як для опису властивостей, так і методів розв’язання задач із різних фізичних предметних областей (ПрО). У цьому випадку для комп’ютерного моделювання використовуються гомоморфні властивостям фізичних ПрО структури даних, а в основу процесів розв’язування задач покладено методи обробки даних. Цей підхід можливий завдяки тому, що
інформаційні технології мають універсальний характер, тобто придатні для розв’язування задач із різних ПрО.
Ю. Машбиць та Т. Гергей [7, с. 80] побудували модель розв’язування задачі як множину операторів, що забезпечує переробку навчальної
інформації. З їх точки зору, для розв’язування задач необхідні: а) база знань про об’єкти та їх функції; б) система операцій (математичних, граматичних,
фізичних та інших), за допомогою яких реалізуються ці функції; в) множина задачних структур; г) система операторів; д) узагальнена програма управління операторами, що забезпечує вибір учнями та студентами окремих операторів і визначення послідовності їх виконання.
Для реалізації такої моделі треба створити особливу мову, в поняттях якої
буде здійснюватися діяльність учнів із розв’язування задач. З точки зору
Ю.І. Машбиця, ця мова включає два елементи: 1) мова предметної області;
2) мова розв’язування навчальних задач. Перша мова є специфічною для цієї
ПрО та використовується для інформаційного забезпечення навчального процесу. У мові другого типу повинні виділятися такі блоки: 1) блок опису задачних структур; 2) блок опису планів, що допускає перевірку комп’ютером та дозволяє у зручній для учня чи студента формі здійснювати перехід від опису
до алгоритму розв’язку; 3) блок опису алгоритму, що забезпечує
структурування розв’язування задачі на рівні елементарних операцій [7, с. 125-
126].
Конкретизуючи та уточнюючи схему Ю. Машбиця та Т. Гергея, відзначимо,
що перехід від мови ПрО до засобів розв’язування задачі, які надає комп’ютерна система, потребує абстрагування від несуттєвих властивостей та зв’язків реальних об’єктів і переходу від дій зі справжніми предметами до оперування з їх вільними від несуттєвих властивостей замінниками, тобто моделями. Крім того,
комп’ютерна система повинна надавати можливість зворотного моделювання,
тобто переходу від отриманої на мові розв’язування задачі відповіді до змістової
мови для осмислення результатів у поняттях відповідної ПрО. Таким чином,
постає питання про розробку мови навчального комп’ютерного моделювання як системи лінгвістичних засобів організації навчально-пізнавальної діяльності
учнів та студентів у процесі розв’язування когнітивних задач.
Психологічний аспект.
Численні експериментальні дослідження
[4, с. 261] доводять, що успішність формування розумових дій учнів безпосередньо залежить від умов організації їх зовнішньої діяльності. Саме тому виникає проблема визначення структури, функцій та властивостей засобів діяльності – інформаційних об’єктів, що використовуються з метою організації навчального пізнання.
Мова навчального комп’ютерного моделювання – це апарат для здійснення
розумових дій, використання якого в свою чергу формує відповідні способи дії.
При цьому структура діяльності з навчального моделювання (визначення властивостей моделі, встановлення зв’язків між ними, аналіз поведінки моделі)
повинна відповідати основним етапам здійснення розумових дій, саме в цьому випадку використання КТ сприяє інтенсифікації формування всіх частин способу дії.
Формування
теоретичних знань учнів та студентів повинно здійснюватися в процесі оперування засобами, що мають абстрактний,
схематизований характер [5]. Такі засоби відтворюють суттєві ознаки та

зв’язки об’єктів пізнання і водночас надають можливість здійснювати дії, що ведуть до засвоєння цих суттєвих відношень та ознак. Звідси випливає, що система комп’ютерних засобів організації навчально-пізнавальної діяльності
складається з двох найважливіших елементів: об’єктів, що є носіями сукупності ознак фізичної ПрО, та певним чином матеріалізованих відношень
між цими об’єктами.
Аналіз проблеми дозволяє зробити висновок про те, що предмети діяльності повинні мати знаково-символьну форму, адже в цьому випадку вони є не тільки об’єктом, але і засобом розумових дій (а також формою
існування знання). Таким чином, використання знаково-символьних засобів дозволяє поєднати об’єкт діяльності та об’єкт засвоєння.
Підкреслимо, що саме використання КТ надає можливість якісної зміни засобів діяльності, що використовуються в процесі формування розумових дій учнів та студентів. На відміну від практики використання матеріальних засобів, у процесі навчання з використанням ЕОМ, предметами дії є
позбавлені несуттєвих властивостей ідеалізовані комп’ютерні об’єкти,
властивості та зв’язки яких фіксуються в знаково-символьній формі.
Важливим аспектом є можливість використання комп’ютерних технологій для матеріалізації не лише властивостей, але і зв’язків об’єктів пізнання. Відмінність між поняттями властивості та зв’язку має
гносеологічний характер і зумовлена особливостями апарату чуттєвого пізнання людини, якому доступні лише одиничні аспекти – атрибути предметів (тверде, холодне, світле тощо). У той же час матерія є носієм не лише ознак, але й відношень, що пізнаються опосередкованим відчуттям –
розумом людини.
Доцільність використання ЕОМ з метою організації навчально- пізнавальної діяльності учнів та студентів полягає у тому, що засоби КТ
надають можливість переведення у форму моделі як об’єктів, які виходять за рамки безпосереднього чуттєвого пізнання, так і абстрактних зв’язків та відношень, що є джерелом походження системи понять. Це відповідає
положенням теорії змістового узагальнення, відповідно до якої перехід до понятійної форми відображення дійсності можна здійснити саме шляхом переведення змісту, що підлягає засвоєнню, у форму моделі [5].
При розгляді елементів мови навчального моделювання треба враховувати,
що мета усвідомлення сутності об’єкта пізнання потребує оперування поняттями,
які є змістовими одиницями відповідної предметної області, тобто розкривають її
структуру, визначають якісну специфіку модельованих об’єктів. Мета охоплення широкого класу ПрО потребує, щоб поняття мови моделювання мали формальний
характер та дозволяли відтворювати різні за сутністю явища. У той же час форма
подання поняття повинна зробити відкритими модельовані властивості та відношення. Такий підхід ми пропонуємо реалізувати шляхом поєднання
символьно-операторної мови, що слугує для побудови фізичної моделі, та мови
просторово-предметних структур, яка використовується для унаочнення її
суттєвих аспектів [6].
Використання побудованої на таких засадах системи навчального комп’ютерного моделювання дозволяє реалізувати принцип наочності в сучасному тлумаченні цього поняття, тобто як єдності предметно-образного та абстрактно-логічного впливу на учня чи студента. Цей підхід дозволяє
організувати їхню діяльність одночасно у знаково-символьному та образно- наочному планах і тим самим здійснити інтеграцію понятійно-знакової та чуттєво-наочної форм психічного відображення дійсності в процесі
засвоєння навчального матеріалу. Крім того, фіксація у предметах діяльності
суттєвих властивостей та відношень дозволяє поєднати матеріальні та розумові дії, що здійснюють учні й студенти в процесі здобуття знань.
З психологічної точки зору, кожен об’єкт системи навчального моделювання є носієм властивостей, що підлягають засвоєнню, та засобом
організації діяльності учнів та студентів. Такий об’єкт є комп’ютерною реалізацією деякої концепції (поняття) та визначає загальну поведінку цілого
класу моделей (зазначимо, що використання системи геометричних понять з
метою відтворення фізичних моделей з різних ПрО було запропоновано нами в дисертаційному дослідженні [6]).
Мова зумовлює спосіб мислення людини, тобто формує його стиль та визначає межі застосовності. Звідси випливає, що мова, призначена для
розвитку мислення учнів, повинна надавати засоби для конструювання більш
складних структур. Тобто об’єкти, покладені в основу мови, повинні бути придатними для побудови більш складних моделей шляхом встановлення зв’язків між окремими елементами – символами мови.
У науковій літературі підкреслюється, що характерною особливістю моделей є те, що вони відтворюють об’єкт пізнання так чи інакше цілісно, на відміну від окремо взятих наукових понять [2, с. 29]. Ми вважаємо, що саме використання методу моделювання дозволить з’єднати поняття у системи,
структура яких відповідає структурам фізичного знання. Йдеться про побудову
ієрархічно взаємопов’язаної системи моделей, кожна з яких є відображенням певної частини матеріальної дійсності. Зв’язки між поняттями цієї системи
існують як у вертикалі, так і в горизонталі, відбиваючи рівень складності моделі
та рівень її наближення до законів дійсності. Саме використання такої системи моделей формуватиме у свідомості учнів ієрархічну понятійну структуру фізичних знань [3].
Мета формування системи фізичних понять потребує, щоб в основу організації когнітивної діяльності учнів були покладені гносеологічні
відношення як то рід – вид, абстрактне – конкретне (загальне – окреме),
частина – ціле, просте – складне, основне – другорядне, а також статичне –
динамічне, структура – функція, неперервне – дискретне тощо. Зокрема,
реалізація принципу просте – складне здійснюється шляхом виділення елементарних моделей, встановлення зв’язків між якими дозволяє будувати більш складні моделі. У свою чергу ці моделі використовуються для створення об’єктів ще більш високого рівня складності і т.ін.
Зазначимо, що відмінність теоретичного та експериментального методів фізичного пізнання зумовлена якісною специфікою відповідних способів
діяльності. З метою організації навчального пізнання для формування теоретичного мислення учнів застосовується схема “від загального до конкретного”. Реалізація експериментального методу навчального пізнання здійснюється як узагальнення конкретних фактів у рамках загальних фізичних концепцій та принципів.
Висновки. У статті розглянуті методологічні, психолого-педагогічні та логічні засади розробки комп’ютерних систем навчального фізичного моделювання. По-перше, це можливість застосування комп’ютерних засобів для фіксації суттєвих та загальних властивостей і відношень об’єктів пізнання,
по-друге, відтворення задачних структур, а також використання загальнологічних, теоретичних та експериментальних методів пізнання.
Обґрунтовано поняття мови навчального фізичного моделювання як системи лінгвістичних засобів організації когнітивної діяльності учнів в умовах комп’ютерного навчання.
Перспективи подальших досліджень. У наших наступних роботах будуть визначені алфавіт та граматика мови навчального фізичного моделювання, а також розглянуті технічні засади її реалізації, зокрема структура та властивості інформаційних об’єктів, відповідних базовим поняттям мови.
ЛІТЕРАТУРА
1. Балл Г. А. Теория учебных задач : психолого-педагогический аспект /
Г. А. Балл. – М. : Педагогика, 1990. – 184 с.
2. Баториев К. Б. Аналогии и модели в познании / К. Б. Баториев. –
Новосибирск : Наука, 1981. – 319 с.
3. Брунер Дж. Исследование развития познавательной деятельности /
Дж. Брунер : [пер. с англ.].– М. : Педагогика, 1971. – 391 с.
4.
Гальперин П.
Я. Развитие исследований по формированию умственных действий / П. Я. Гальперин // Введение в психологию : учебное пособие для вузов. – М. : Книжный дом “Университет”, 1999. – 332 с.

5. Давыдов В. В. Виды обобщения в обучении (логико-психологические проблемы построения учебных предметов) / В. В. Давыдов. – М. :
Педагогика, 1972. – 423 с.
6. Межуєв В. І. Інтенсифікація навчання фізики в сучасній середній загальноосвітній школі : автореф. дис. … канд. пед. наук / В. І. Межуєв. – К. :
Інформаційно-видавничий центр Товариства “Знання” України, 2001. – 20 с.
7. Машбиц Е. И. Психолого-педагогические проблемы компьютеризации обучения: (Педагогическая наука – реформе школы) / Е. И. Машбиц. – М. :
Педагогика, 1988. – 192 c.
Дата надходження статті: 03.08.2012 року.
Дата прийняття статті до друку: 21.09.2012 року.

Document Outline

  • УДК 372.853
    • УДК 372.853
      • УДК 372.853
        • УДК 372.853
          • УДК 372.853
            • УДК 372.853
            • В. І. Межуєв,
              • кандидат педагогічних наук, доцент
              • М. В. Кудінов,
              • кандидат педагогічних наук, доцент
              • Є. В. Тимошенко,
              • кандидат технічних наук, доцент
              • (Бердянський державний педагогічний університет)
  • Мета дослідження полягає у визначенні теоретичних основ розробки комп’ютерних програм, спрямованих на формування системи знань з фізики та розвиток науково-теоретичного мислення учнів і студентів шляхом використання методу моделювання фізичних процесів та явищ.

Каталог: old jrn -> soc gum -> znpbdpu -> Ped
Ped -> Загальним недорозвиненням мовлення
Ped -> Уроки розвитку комунікативної зв’язного мовлення як основа формування компетентності учнів
Ped -> Ігрові прийоми на уроках та міжпредметні зв’язки
Ped -> Резюме коваль Людмила Вікторівна. Становлення та розвиток професійної підготовки майбутніх учителів початкової школи у вищих педагогічних навчальних закладах України
Ped -> Резюме сосницька Наталя Леонідівна, Шумілова Ірина Федорівна. Теорія І практика методів навчання
Ped -> Резюме алексєєв Олександр Миколайович. Тестовий контроль з використанням імітаційної моделі
Ped -> Сучасні тенденції модернізації професійної підготовки майбутніх учителів у зарубіжних країнах постановка проблеми
Ped -> Л. Ю. Благодаренко


Поділіться з Вашими друзьями:


База даних захищена авторським правом ©chito.in.ua 2019
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка