Geum.ru

Удк 378 004. 94

Вид материалаДокументы

Содержание


Аналіз останніх досліджень і публікацій.
Постановка завдання.
Виклад основного матеріалу.
Перспективи подальших досліджень
Подобный материал:

УДК 378 004.94


© 2007

Хоменко В.Г., Коржова К.М.

ТЕОРЕТИЧНЕ ОБҐРУНТУВАННЯ ПІДГОТОВКИ МАЙБУТНІХ ІНЖЕНЕРІВ-ПЕДАГОГІВ ДО ВИКОРИСТАННЯ КОМП’ЮТЕРНОГО ІМІТАЦІЙНОГО МОДЕЛЮВАННЯ ЯК ЗАСОБУ НАВЧАННЯ З ПРОГРАМУВАННЯ



Постановка проблеми. На сучасному етапі розвитку освіти комп’ютерні технології є необхідним і невід'ємним елементом процесу підготовки майбутніх викладачів фахової підготовки інженерно-педагогічного профілю. Комп’ютерні технології всерйоз і надовго знайшли своє застосування як інструментальний засіб у процесі підготовки майбутніх інженерів-педагогів, особливо при виконанні навчального експерименту, як натурного, так і модельного. Проведений аналіз показав, що вивчення природних і технічних наук, що становлять фундаментальну основу підготовки майбутніх інженерів-педагогів, неможливий без використання експериментальних методів пізнання й дослідження, через постійну самостійну творчість. Це становить основу принципу науковості в процесі підготовки вчителів технології, що повною мірою є провідним загальнодидактичним принципом технологічної освіти поряд із принципами фундаментальності, системності, інтегративності й екологічності. Природно припустити що, використання комп'ютерного імітаційного моделювання в процесі вивчення студентами природних і технічних дисциплін має переваги в процесі підготовки майбутніх учителів технології.

Предметом дослідження даної статі є сутність комп'ютерного імітаційного моделювання при підготовці майбутніх інженерів-педагогів комп’ютерного профілю.

Аналіз останніх досліджень і публікацій. Питанням, присвяченим імітаційному моделюванні приділяли увагу Н.Т. Алексєєв, В. А. Віників, Б. М.Кедрів, І. Б. Новік, І. І. Ревзін, І. Т. Фролов, Е. Г. Юдин, Б.А. Глинский, В. М. Глушков, В.А. Слободчиков та інші. Аналіз літератури показав, що дослідженням питань теорії й практики моделювання займалися багато закордонних учених, таких як С. Ельмаграби, Дж.Форрестер, Р. Шеннон, В.А.Штофф, Дж.Шрайбер, М.А.Якубовски).

Постановка завдання. Мета статті – розкрити сутність імітаційного моделювання, як засобу підвищення якості навчання майбутніх інженерів-педагогів у процесі вивчення комп’ютерних дисциплін.

Виклад основного матеріалу. У першій половині ХХ сторіччя роль моделей у навчанні різко зросла, однак вони використовувалися без необхідного теоретичного обґрунтування. Моделювання, як педагогічна концепція, розглядалося, головним чином, у плані геометричної подібності моделі з оригіналом. Зовнішня форма вважалася найважливішою ознакою модельного відображення й була покладена в основу класифікації моделей. Всі інші моделі, що зберігають не менш істотні характеристики оригіналу й виконуючі різні педагогічні функції, називалися спеціальним навчальним (ігровим) устаткуванням або навчальними посібниками.

Тенденція вираження моделі за допомогою зовнішніх ознак-аналогів з об'єктом в 60-ті роки ХХ сторіччя була запозичена педагогікою. Вона вплинула на зміст поняття "моделі" і дотепер міцно втримується в деяких приватних методиках викладання. Видання педагогічної енциклопедії 1996 р. містить наступне визначення: "Моделювання в школі - приблизне відтворення яких-небудь об'єктів, які по своїй складності й величині не піддаються або погано піддаються дослідженню й виготовленню в натурі. Моделювання, проведене в процесі навчання й виховання учнів, служить розвитку їх здатностей, поглибленню знань по основах наук. Воно сприяє зв'язки теорії із практикою, формуванню практичних навичок, є засобом розширення політичного світогляду учнів. Об'єкти, відібрані для моделювання, повинні відбивати у своїй тематиці досягнення науки й техніки, мати суспільно корисну спрямованість, відповідати віковим особливостям, інтересам і рівню підготовки школярів". «Модель, - відповідно до цієї енциклопедії, - служить для вираження відносини між людськими знаннями про об'єкти й цими об'єктами, один із засобів наочності в навчанні».[5]

Розробка методу моделей у вітчизняній науці найбільше інтенсивно проводилася в 60-ті роки ХХ сторіччя. У результаті досліджень проблеми моделювання було уточнене розуміння самої моделі. Педагоги Н.Т. Алексєєв і А. Г. Юдин прийшли до висновку, що під моделлю розуміється система матеріальних або ідеальних (виражених у знаках) елементів, які будуються так, щоб вони перебували в певному об'єктивному відношенні з досліджуваним об'єктом (оригіналом) і були здатні виразити істотні, у цьому випадку для даної проблеми, сторони останнього.

Вітчизняні вчені встановили основні риси моделей: метод моделей є одним з наукових методів пізнання; метод моделей спрямований на виявлення істотних для даного дослідження сторін досліджуваного об'єкта; модель є природним допоміжним або штучно проміжним об'єктом, здатним заміщати оригінал у процесі дослідження; в основі моделі лежить принцип аналогії; модель виконує свою роль, коли безпосереднє одержання даних про досліджувану сторону досліджуваного об'єкта не представляється можливим.

В цих працях розкривається поняття "модель", "моделювання", "імітаційне моделювання", показані особливості ігрової імітації, визначені її суб'єкт і об'єкт. Учені розглядають ігрову імітацію як форму навчальної діяльності. Результати цих досліджень переконливо свідчать, що моделювання дозволяє активізувати процес навчання різним видам діяльності, використання моделей у навчанні дозволяє вдосконалити методику викладання комп’ютерних дисциплін.

За довгий період імітаційне моделювання не тільки не втратило своєї актуальності, але й, переживши великий еволюційний процес, перетворилося в один з передових інструментів наукових досліджень. Сьогодні імітаційне моделювання застосовується для опису складних систем, які характеризуються великою кількістю структурних елементів, що мають широкий набір характеристик, складним образом взаємодіючих між собою, і, як правило, характер цієї взаємодії носить імовірнісну природу. Застосування методів імітаційного моделювання в процесі навчання дозволить студентові більш глибоко зрозуміти природу процесів, що відбуваються усередині досліджуваної системи, ідентифікувати специфічні проблеми або області проблем, що виникають усередині розглянутої системи, дасть можливість проведення експериментів, які важко або неможливо провести на реальному об'єкті.

Імітаційне моделювання в широкому розумінні є процес конструювання моделі реальної системи та експериментування на цій моделі з метою визначення поводження системи або оцінити (в рамках обмежень, зумовлених деяким критерієм чи сукупністю критеріїв) різні стратегії, що забезпечують функціонування даної системи.

Існує багато визначень методу "імітаційне моделювання", як інструментарію дослідження складних систем, але ми зупинимося на визначенні, наведеному в монографії відомого американського фахівця Р. Шеннона "Імітаційне моделювання систем - мистецтво й наука": "імітаційне моделювання є експериментальною й прикладною методологією, що має на меті:

описати поводження системи;

побудувати теорії й гіпотези, які можуть пояснити спостережуване поводження;

використовувати ці теорії для пророкування майбутнього поводження й оцінки (у рамках обмежень, що накладаються деяким критерієм або сукупністю критеріїв) різних стратегій, що забезпечують функціонування даної системи". [6]

У вужчому розумінні імітаційне моделювання - це відтворення на ЕОМ реальної виробничої чи організаційної системи. За такого тлумачення термін “імітаційне моделювання” має той самий сенс, що й “машинна імітація” або “машинне моделювання”, останні терміни відповідають експериментальному методу вивчення об’єкта з допомогою ЕОМ. Щоб застосувати такий метод для досліджень, створюють імітаційну систему, яка містить у собі імітаційну модель, а також внутрішнє і зовнішнє математичне забезпечення. До ЕОМ вводяться потрібні вхідні дані і спостерігаються зміни показників, котрі у процесі моделювання можуть аналізуватися й піддаватися статистичній обробці.

Імітаційна модель – це комплексна математична й алгоритмічна модель досліджуваної системи, А метод, що базується на розробці та дослідженні імітаційних моделей, називається машинною імітацією, або імітаційним моделюванням.

В комп’ютерному імітаційному моделюванні моделлю є комп’ютерна програма. Для неї можна використовувати універсальні мови в програмуванні високого рівня (наприклад: Builder, DELPHI, C++, VISUAL BASIC, і інші) або використо­вувати спеціальні мови моделювання (наприклад, STELLA, MADONNA) для полегшення самого процесу моделювання.

Комп'ютерне моделювання, яке здійснюється за допомогою комп'ютеризованої системи засобів навчання, до складу якої входить персональний комп'ютер, суб'єкт пізнання може проводити багаторазово, що найчастіше неможливо здійснити за допомогою натурного експерименту в силу різних причин та обставин, до того часу поки модель не пройде всі стадії побудови та не виконає своє головне призначення - бути використаної для пізнання й дослідження явищ, об'єктів і технологічних систем.

Використання комп'ютерного моделювання в процесі вивченні студентами природних і технічних дисциплін має як переваги перед натурним експериментом, так і недоліки, один із яких - більше вузький характер моделі й, відповідно, його формалізованого або неформалізованого опису, стосовно реального об'єкта-оригіналу або системи. З іншого боку, переваги комп'ютерного моделювання в процесі підготовки майбутніх учителів технології дуже великі. Перерахуємо лише деякі з них:
  • вартість моделювання з використанням комп'ютера значно менше вартості експериментального дослідження на реальному приладі або макеті;
  • можливість моделювання поведінки об'єкта-оригіналу в критичних ситуаціях;
  • можливість багаторазового повторення комп'ютерного модельного експерименту.

Ще одна перевага комп'ютерного моделювання в порівнянні з натурним експериментом є в легкості переривання й поновлення експерименту. Це дозволяє застосовувати при комп'ютерному моделюванні послідовні або евристичні методи, які можуть виявитися нереалізованими при експериментах з реальними об'єктами та системами, а також матеріальними моделями. При роботі з комп'ютерною моделлю завжди можна перервати експеримент на час, необхідний для аналізу результатів і ухвалення рішення про зміну параметрів моделі або продовженні експерименту при тих же значеннях параметрів.

Опис педагогічного процесу та його компонентів пов'язаний із значними труднощами. Пояснюється це, передусім, надзвичайно великою кількістю факторів, які впливають на його перебіг. На сам процес та результати навчання на уроці мають вплив не менше 150 загальних факторів, а кількість продуктогенних причин досягає 400-450. Передбачити та описати усі ці фактори та взаємозв’язки між ними практично неможливо. Але в більшості випадків робити цього не потрібно, достатньо створити модель певної складової педагогічного процесу, де визначити найдієвіші елементи, що визначають сам процес та його результат, тобто створити певну ідеалізацію реального об'єкту чи процесу з виділенням тих суттєвих сторін чи аспектів, які досліджуються. Модель – будь-який образ, аналог (уявний чи умовний: зображення, опис, схема, креслення, графік, план, карта тощо) деякого об'єкту, процесу чи явища ("оригінала" даної моделі), який використовується як його "замінник", "представник". Модель педагогічного процесу має вигляд структурно-логічної схеми, на котрій представлено окремі його компоненти. Рівень деталізації такої схеми може бути довільним і залежатиме від ступеня врахування різноманітних чинників. Функціональність моделі виражається взаємозв'язками між окремими її компонентами та описом перебігу педагогічного процесу. Модель дозволяє позбутися дослідження маловпливових чинників і зосередити увагу на вагомих факторах. Це, в свою чергу, дозволяє здійснювати ефективний аналіз обраної складової та прогнозувати зміни її результативності при зміні певних умов.

В процесі підготовки майбутніх викладачів технології найбільш важливим аспектом є використання комп'ютерного моделювання безпосередньо в навчальному експерименті. Проведений аналіз показав, що на даний момент математичне (обчислювальний експеримент) і імітаційне комп'ютерне моделювання, на відміну від інших представлених класів комп'ютерного моделювання, безпосередньо застосовуються при вивченні студентами як суб'єктами пізнання, явищ, процесів і законів природи й технологічних систем. Необхідно відзначити, що математичне й імітаційне комп'ютерне моделювання в системі технологічної освіти найбільше широко застосовуються в процесі навчання студентів курсам «Архітектура ЕОМ», «Графіка», «Прикладна механіка», «Електрорадіотехника», «Комп’ютерне моделювання технологічних процесів і методологія автоматизації виробничих процесів за допомогою комп'ютерів».

Методична система, котра визначається метою та завданнями і об'єднує принципи, зміст, форми, методи та засоби навчання, впливає на хід навчального процесу, а отже, і на процес підвищення готовності майбутнього інженера-педагога до використання комп’ютерних технологій. Тому специфіка підготовки інженерів-педагогів полягає в особливостях методичної системи, найбільше проявляючи себе в змісті цієї підготовки.

Відповідно до мети можна визначити такі завдання:
  • організувати використання комп’ютерних технологій для набуття студентами нових знань;
  • здійснити підготовку студентів до використання комп’ютерних технологій для підтримки навчальної діяльності;
  • сприяти виробленню у студентів мотивацію до застосування комп’ютерних технологій;
  • вказати шляхи використання комп’ютерних технологій у професійній діяльності вчителя;
  • підготувати студентів до використання комп’ютерних технологій для підвищення ефективності праці педагога;
  • забезпечити формування інформаційної культури студента.

Мета та завдання інформатичної підготовки впливають на вибір провідних дидактичних принципів як основних вихідних положень теорії навчання. На нашу думку, в процесі такої підготовки особливо актуальними будуть принципи професійної спрямованості, науковості, єдності навчання і виховання, системності і послідовності, свідомості і активності, доступності, індивідуалізації та диференціації, стимулювання до навчання, наочності. Принцип професійної спрямованості безпосередньо випливає з поставленої мети інформатичної підготовки фахівця. Забезпечення принципу єдності навчання і виховання вимагає в процесі використання комп’ютерних технологій формувати у студентів інформаційну культуру. Робота з комп’ютерними засобами проходить переважно в індивідуальному режимі. При цьому різноманітне програмне забезпечення може бути налаштоване на певні потреби користувача. Одного й того самого результату можна досягти, застосовуючи не лише різні підходи та методи, а й навіть різне програмне забезпечення. Таким чином, принципи індивідуалізації та диференціації в цьому випадку є одними з провідних. Комп’ютерна техніка часто використовується як засіб наочності, причому надзвичайно гнучкої і динамічної, яка забезпечує ефективне сприймання та запам’ятовування матеріалу. Принцип наочності тут проявляється не тільки при вивченні комп’ютерних засобів для унаочнення певної навчальної інформації з інформатики чи комп’ютерних технологій, але й при вивченні інших предметів, де комп’ютери застосовуються для унаочнення матеріалу з конкретного предмета і виступають в якості потужного технічного засобу навчання. Але використання комп’ютерних технологій не є самоціллю. Головною умовою має бути підвищення ефективності навчання та виправданість методики застосування комп’ютерних технологій. Як бачимо, застосування комп’ютерних технологій нерозривно пов’язане з практикою студента чи педагога. В країні гостро стоїть проблема технічного забезпечення навчальних закладів комп’ютерною технікою. Внаслідок цього не всі студенти та вчителі можуть систематично працювати з комп’ютерами. Порушення принципу доступності проявляється і в нестачі фахівців, прикладного програмного забезпечення та фінансових ресурсів.

На основі принципів навчання формується його зміст, тобто система наукових знань, практичних умінь та навичок, способів діяльності та мислення, якими слухачам необхідно оволодіти в процесі навчання.

Вибір форм навчання впливає на вибір його методів. Методи навчання – це упорядковані способи взаємопов’язаної діяльності викладача і студента, спрямовані на розв’язання навчально-виховних завдань. Оскільки підготовка інженера-педагога до використання комп’ютерних технологій здійснюється в межах більшості навчальних предметів, то застосовані при цьому методи, будуть дуже різноманітними. За джерелами знань це будуть і словесні (розповідь; лекція; робота з книгою), і наочні (спостереження за виконанням завдання), і практичні (вправи; завдання; лабораторні та практичні роботи). Але все ж певна перевага, що надавалася при виборі форм навчання практичним заняттям визначає пріоритетність практичних методів, оскільки саме за допомогою них відбувається формування навичок, якими майбутній вчитель повинен користуватися у своїй професійній діяльності. За характером пізнавальної діяльності серед інших методів (пояснювально-ілюстративні, репродуктивні, проблемні, частково-пошукові, дослідницькі), на нашу думку, повинні переважати проблемні. Зокрема, у дисциплінах комп’ютерного профілю комп’ютерна техніка розглядається з точки зору її використання викладачем при підготовці або проведенні уроку, а також з метою ефективного провадження організаційної, наукової та управлінської діяльності студентів і викладачів.

Пропонуємо використовувати таку структуру практичної роботи:
  1. Створення проблемної ситуації, яка б вказувала на необхідність використання комп’ютерних технологій при розв’язанні певного завдання, що стоїть перед студентом інженерно-педагогічного профілю.
  2. Визначення шляхів розв’язання проблемної ситуації. Відбір необхідного прикладного програмного забезпечення.
  3. Повторення, якщо це потрібно, основних прийомів роботи з обраним програмним забезпеченням.
  4. Постановка конкретного практичного завдання та розв’язання його студентами.
  5. Визначення кола завдань, які можуть бути розв’язані за допомогою обраного програмного забезпечення.
  6. Оцінювання результатів, підбиття підсумків.

Обрані методи визначають методичні підходи, за допомогою яких буде реалізовуватися підготовка студентів з даного напряму. Практична робота вимагає від студента певної самостійності. При цьому не виключається втручання викладача в процес виконання завдання. Проте це втручання має носити коригуючий, пропонувально-консультаційний характер. Викладач лише спрямовує студента, надаючи йому певну свободу у виборі шляхів досягнення мети практичної роботи. Студенти старших курсів володіють достатнім рівнем фахових знань та навичок, отриманих у процесі їх підготовки на І освітньо-кваліфікаційному рівні та проходженні різних видів практики. Це дозволяє їм самостійно готувати власні дидактичні матеріали, наочні посібники, довідники. В межах ступеневого закладу вивчення предметів може відбуватися на різних рівнях. У законі України "Про освіту" (стаття 30) визначаються такі освітньо-кваліфікаційні рівні: "молодший спеціаліст", "бакалавр", "спеціаліст", "магістр". Відповідно до цих рівнів у статті 43 визначаються рівні акредитації вищих навчальних закладів. Дані положення внесені для забезпечення інтеграції вітчизняної освіти до європейського та світового освітніх просторів та реалізації ідеї безперервної освіти. Але включення України в загальноєвропейський освітній процес зумовить його певні зміни. Уже зараз йдеться про перехід на дворівневу систему вищої освіти, де залишаться два рівні – "бакалавр" та "магістр". [3]

Підготовка студентів інженерно-педагогічного профілю до використання комп’ютерних технологій у професійній діяльності не може здійснюватися в рамках одного або кількох навчальних предметів. Вона повинна охоплювати у вищому педагогічному закладі увесь навчально-виховний процес. Рівень інтегрованості комп’ютерних технологій в повсякденну життєдіяльність людини вимагає найвищого рівня включення комп’ютерних засобів у діяльність та навчання студента. Загалом, життєдіяльність вчителя включає використання комп’ютерних технологій і в побуті, і в професійній діяльності, і в процесі навчання та саморозвитку. На нашу думку, вирішальним чинником цього є вміння та готовність застосовувати комп’ютерні технології. Вони можуть бути розвинені лише за допомогою відповідних навчальних курсів. Відмінність між цими предметами полягає у різному рівні їхньої професійної спрямованості.

Вища освіта повинна забезпечувати різнобічну готовність інженера-педагога до професійної діяльності. Як було зазначено, цю діяльність можна розділити на кілька напрямів: навчальну, виховну, діагностичну та організаційну. Кожен з напрямів ставить перед інженером-педагогом низку завдань, які можуть бути розв’язані за допомогою комп’ютерної техніки. Щоправда, проблема тут постає не власне у необхідності такого використання. Більшість завдань можуть бути розв’язані і без застосування нових комп’ютерних технологій. Але, як показує практика, новітні засоби підвищують ефективність та якість роботи інженера-педагога і забезпечують його професійне зростання. Структура діяльності майбутніх інженерів-педагогів та завдання, що стоять перед ним, мають бути відображені у відповідному курсі вищого педагогічного навчального закладу. Таке відображення повинно проявлятися у змісті курсу взагалі та лекційних і практичних завданнях зокрема.

Введення професійно спрямованого курсу, котрий би забезпечував підготовку майбутніх інженерів-педагогів до використання комп’ютерних технологій, має також враховувати сучасний стан вищої освіти і не повинно значно його випереджати. Такий курс має відповідати вимогам Закону “Про освіту”, Закону “Про вищу освіту” та Закону “Про професійно-технічну освіту” і органічно інтегруватися в навчальні плани вищих педагогічних навчальних закладів. Також потрібно враховувати фінансово-економічний, кадровий та технічний стан закладів.

Головним критерієм при відборі змісту має бути готовність майбутнього інженера-педагога до використання комп’ютерних технологій.

Висновки. А отже виникає потреба теоретично та практично обґрунтувати сутність, структуру та функції імітаційного моделювання, виявити можливості використання імітаційного моделювання як засобу навчання з програмування, виявити особливості педагогічного процесу при підготовці майбутніх інженерів-педагогів з комп’ютерного профілю у вищому навчальному закладі.

Тому використання імітаційного моделювання як засобу підвищення ефективності навчання з програмування є необхідним і невід'ємним елементом процесу підготовки майбутніх викладачів на сучасному етапі розвитку освіти.

Перспективи подальших досліджень. Подальшої розробки потребує методика використання імітаційного моделювання, яка суттєво вдосконалить організаціє навчального процесу підготовки спеціалістів інженерно-педагогічного профілю з комп’ютерних технологій.


Література
  1. Болонський процес у фактах і документах (Сорбонна-Болонья-Саламанка-Прага-Берлін) / Упорядник Степко М.Ф. та ін. – Тернопіль: Вид-во ТДПУ ім.Гнатюка, 2003. – 56 с.
  2. Закон України “Про освіту”: Прийнятий Верховною Радою України 23 березня 1996 р. – К.: Генеза, 1996. – 36 с.,
  3. Закон України "Про професійно-технічну освіту" №103/98-ВР, із змінами від 22 травня 2003 р.
  4. Кельтон В., Лоу А. Имитационное моделирование. Классика CS. 3-е изд. -СПб.: Питер; Киев: Издательская группа BHV, 2004.- 847 с.
  5. Педагогическая энциклопедия. Т. 3. Н-СН. Изд-во "Советская энциклопедия". М.; 1996. — 879 с.
  6. Шенон Р. Имитационное моделирование систем – Искусство и наука.- М.: Мир, 1978.- 418 с.

Хоменко В.Г., Коржова К.М.

Теоретичне обґрунтування підготовки майбутніх інженерів-педагогів до використання комп’ютерного імітаційного моделювання як засобу навчання з програмування


Розкрито сутність, структура та функції імітаційного моделювання, як засобу навчання з програмування та як засобу підвищення якості навчання майбутніх інженерів-педагогів у процесі вивчення комп’ютерних дисциплін.


Хоменко В.Г., Коржова Е.Н.

Теоретическое обоснование подготовки будущих инженеров-педагогов к использованию компьютерного имитационного моделирования как средства обучения программированию


В статье рассмотрена сущность, структура и функции имитационного моделирования, как средства обучения программированию, а также как средства повышения качества обучения будущих инженеров-педагогов в процессе изучения компьютерных дисциплин.


V. Homenko, E. Korzhova

Theoretical Substantiation of Training Future Teacher-Engineers to Use Computer Imitating Modelling as Means of Training to Programming

The article deals with the essence, structure and functions of imitating modelling, as the means of training to programming, and also as the means of improving of quality of training future teacher - engineers during studying computer disciplines.


Стаття надійшла до редакції 10.08.2007р.