Лекции_по_дисциплине

Компьютерное моделирование

3.Подумайте над первым предлагаемым вопросом: «что найти?». Выберите данные параметров, согласно своему варианту.

4.Подумайте над вторым вопросом: «по какой теореме?», выберите вариант ответа.

5.Подумайте над третьим вопросом, «что подставить в теорему?», выберите вариант ответа.

6.Нажмите кнопку «Вычислить», рассмотрите полученные данные на эк-

ране.

7.Проведите предлагаемые вычисления в случае правильного ответа.

8.Повторите выполнения задания по модели «Решение треугольника по двум сторонам и углу» п. 2-7.

9.Повторите выполнения задания по модели «Решение треугольника по стороне и двум углам», п. 2-7.

Сделайте выводы, в каких случаях используется теорема синусов, теорема косинусов, какие данные необходимо знать для нахождения элементов треугольника, в каждом случае. Составьте таблицу их применений.

Количество выполненных заданий: ____

Количество ошибок: _____

9.4. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОМПЬЮТЕРНЫХ МОДЕЛЕЙ В ШКОЛЬНОМ КУРСЕ ЭКОЛОГИИ

Слово "экология" школьники слышат ежедневно. Как и для многих взрослых, в их представлении оно прежде всего ассоциируется с отравленной водой, загрязненным воздухом, нитратами в пище, исчезновением уютных полянок в лесу, где можно отдохнуть... Снова и снова недостаток экологических знаний толкает людей на "очевидные" решения: перестать загрязнять, отравлять, вытаптывать...

191

Тарова Инна Николаевна

Однако все не так просто. Не случайно споры о целях и содержании школьного экологического образования не утихают, несмотря на довольно значительные тиражи уже изданных учебников экологии. Учителям не всегда удается добиться перехода знаний в способы деятельности, в умение на практике решить экологические задачи. В итоге школьник не может ни реально принимать решения, ни прогнозировать и наблюдать последствия собственных решений, ни корректировать свое вмешательство в природные процессы.

Для решения этой непростой педагогической проблемы перспективно использование новых информационных технологий (НИТ) в обучении. Именно этот путь избрали авторы учебного пособия "Основы экологии и природопользования" В.Ф. Шолохович, А.Г. Гейн, С.В. Комов, И.И. Данилина, Е.С. Некрасов.

Авторы не предлагают готовые рецепты на все случаи жизни. Цель книги - научить школьников решать задачи экологии и природопользования, и особую роль в этом обучении играет компьютер.

Как щуку поселить в пруду

Компьютерный курс "Основы экологии и природопользования" - дисциплина, направленная на формирование теоретической базы применения основ экологии и НИТ, а также на овладение учащимися конкретными навыками использования НИТ в решении различных задач экологии и природопользования.

Данный курс позволяет опереться на информационные технологии, освоенные школьниками в ходе изучения курса информатики в 7-9-х классах (один из вариантов изучения информатики согласно базисному учебному плану Министерства образования Российской Федерации), предоставляя возможность наполнить использование НИТ общезначимой тематикой. Разработанный курс значительно расширяет эти знания и умения, в частности, за счет последовательного проведения линии системного анализа.

Владение учащимися технологией построения простейших компьютерных моделей дает возможность изложить общие решения экологических задач с помощью компьютера, провести эксперименты на лабораторных работах в дисплейном классе, расширить представления школьника о том, как строить модели экологических задач на основе системного анализа (в частности, путем детализации соответствующей экосистемы).

Учебные компьютерные модели позволяют "сжать" время протекающих в природе экологических процессов, проследить региональные и планетарные последствия вмешательства человека.

Применяя компьютер, учащиеся наблюдают взаимосвязи живых организмов с их окружением и, более того, активно "вмешиваются" в моделируемые процессы. Работа с компьютерными моделями предоставляет школьникам возможность самим открывать и формулировать основные экологические закономерности. Важно и то, что учащиеся могут сами принимать управленческие решения, видеть их по-

192

Компьютерное моделирование

следствия, корректировать свои решения, вырабатывая критерии их оптимальности. Школьники "лично участвуют" в решении экологических проблем.

Все это позволяет уйти от чисто декларативного типа обучения и не только обеспечить знания, но и сформировать умения и навыки в области экологически грамотного поведения и ответственного отношения к окружающей среде.

Пособие вместе с программной поддержкой будет полезно и для тех, кто решит использовать его в преподавании профильного курса информатики в 10-11-х классах. Книга на конкретном материале знакомит с центральными понятиями информатики, не входящими в базовый курс основ информатики. К таким понятиям относится система и ее состояние; процесс (в частности, процесс, протекающий в "реальном времени"); управление (в том числе управление с обратной связью) и т.д. Структура обьяснительного текста, разнообразие заданий, содержание компьютерных лабораторных работ - все это позволяет учителю не ограничиваться изложением этих важных и в то же время непростых понятий, а организовать учебную деятельность так, чтобы обеспечить переход знаний в способы деятельности по решению экологических задач.

Жанр учебного пособия можно определить кратко: это учебник-собеседник. Предусмотрены различные виды общения в ходе обучения компьютерному курсу: общение школьников между собой и с учителем, опосредованное учебником (например, при совместном построении модели "непоставленной задачи"), общение с компьютером (например, при коллективном обсуждении результатов компьютерного эксперимента) и т.д. Этой цели служит и специальная организация обьяснительного текста, позволяющая создавать ситуации диалога.

Учебник развивает интерес школьника, стимулирует его активность как при изучении курса в целом, так и каждой конкретной темы в отдельности. Опорными элементами здесь являются:

-последовательное проведение линии по формулированию и решению "жизненных" задач;

-поддержка каждой "жизненной" задачи, включенной в текст учебного пособия, общим информационным фоном: эти задачи напоминают проблемы, активно обсуждаемые в обществе, а описываемые в них ситуации легко узнаваемы учащимися;

-предоставление учащимся богатых возможностей для эксперимента (прежде всего с использованием программного обеспечения);

-использование мотивов, обусловленных естественной познавательной активностью учащихся: "посмотреть, как устроено", "разобраться, в чем причина получившегося парадоксального результата", стремление к самостоятельному поиску решения и т.п.

Ученик может накопить определенный опыт творческой деятельности, в том числе:

193

Тарова Инна Николаевна

-самостоятельного переноса знаний и умений (постановки и решения "жизненных" задач) в новую ситуацию (в новые предметные области);

-видения новых проблем в знакомых ситуациях - например, при переходе от анализа знакомой жизненной ситуации к осознанию стоящей за этой ситуацией экологической проблемы;

-умения "охватить" структуру обьекта в ходе выделения существенной и несущественной информации при постановке "жизненной" задачи;

-альтернативного мышления при выборе способов решения задач экологии и природопользования, при формулировании и решении их как задач управления;

-построения способа решения, принципиально отличающегося от других известных или не являющегося комбинацией известных способов решения - например, при осознании необходимости замены экономического критерия оптимальности разработки месторождения (максимум прибыли) на экологический (минимум массы отвалов) и т.д.

Важная роль в формировании навыков общения, развитии интереса учащихся, накоплении опыта творческой деятельности принадлежит игровым ситуациям, описанным в учебном пособии и предусматривающим использование программного обеспечения.

Учебник в составе компьютерного курса не утрачивает своей значимости, напротив, происходит расширение его традиционных функций.

Книга состоит из двух частей. Первая часть посвящена знакомству с основными закономерностями, установленными в экологии. Фактически это естественнонаучный аспект экологической проблематики. Во второй части наиболее ярко выражен деятельностный аспект - в ней рассматриваются природные ресурсы и управление их использованием. В этой части на первый план выходят эколого-экономические аспекты природопользования.

Главы книги разбиты на параграфы, каждый из которых содержит теоретическую (достаточно краткую) часть, вопросы и задания. Важным компонентом книги являются описания 15 компьютерных лабораторных работ: "Задача о летнем отдыхе", "Конструктор природных зон", "Автоматизированная теплица", "Пруд", "Пожар в лесу", "Регион" и др.

Данное учебное пособие может быть использовано для изучения экологии или профильного (факультативного) курса информатики на экологическом материале в 9-11-х классах общеобразовательных учреждений. Оно будет полезно и во внеклассной работе: в летнем экологическом лагере, при проведении олимпиады по экологии и т.п.

Программно-методический комплекс включает учебное пособие, дидактические материалы для учителя на дискете и программную компоненту для проведения лабораторных работ.

В состав комплекса входят следующие программные средства учебного назначения.

194

Компьютерное моделирование

1."ПУТЕШЕСТВИЕ ПО КАРТЕ" - это игровая экспериментально-обучающая среда для изучения природных зон, населяющих их животных и растений, а также связей между ними. Занимательная игровая фабула программы ставит ученика в положение экспериментатора-исследователя, которому предстоит на собственном опыте открыть ряд экологических закономерностей.

Программа состоит из трех частей: - тренировочный полет над Землей; - полет на неизвестную планету;

- заселение природной зоны на планете.

2."ТЕПЛИЦА" позволяет учащимся ставить эксперименты по проращиванию семян в условиях постоянной влажности и, управляя температурным режимом, установить зависимость прорастания семян от температуры. На этом примере учащимся предлагается самостоятельно "открыть" закон лимитирующего действия факторов.

3."ПИЩЕВЫЕ ЦЕПИ" - программа моделирует динамику изменения биомассы или численности на любом из трофических уровней простейшей пищевой цепи, состоящей из растений, травоядных и хищников.

4."ПРУД" - это имитационная компьютерная среда для изучения пищевых цепей и распределения солнечной энергии по трофическим уровням. Как взаимодействуют между собой обитатели пруда? Как без ущерба для природы организовать рыболовство? На эти и другие вопросы школьники отвечают с помощью компьютера.

5."ПОЖАР В ЛЕСУ" моделирует процесс восстановления характерного для данной местности ландшафта (хвойного леса) после его разрушения (пожара). Состоит из следующих разделов:

- "Природа лечит раны"; - "Обитатели и их пища";

- "Устал - отдохни" (компьютерная игра - конструктор пищевых цепей на разных стадиях восстановления леса).

6."ЧИСТАЯ ВОДА" позволяет в игровой форме продемонстрировать учащимся воздействие промышленных предприятий на водную среду, а также возможности нейтрализовать эти воздействия с помощью грамотного управления водоохранными мероприятиями.

7."КАДАСТР" - учебная система управления базами данных, которая позволяет создавать и вести эти базы по природным ресурсам любой территории.

8."РЕГИОН" - это компьютерная деловая игра: обучаемый в роли "градоначальника" управляет "вложением" средств (в промышленность, повышение уровня жизни населения, качество среды, контроль рождаемости). "Градоначальник" может получать наглядную картину "плодов" своего управления, а главное - "открывать" закономерности устойчивого развития, найденные учеными с помощью известных глобальных моделей природопользования в биосфере.

195

Тарова Инна Николаевна

Программно-методический комплекс содержит также учебные программы ЭЛЕКТРОННАЯ ТАБЛИЦА и ОПТИМА, обеспечивающие проведение компьютерных лабораторных работ.

Комплекс разработан для ibm - совместимых компьютеров с дисплеем ega, vga, svga.

Авторы учебного пособия В.Ф.Шолохович, С.В.Комов, А.Г.Гейн, И.И.Данилина, Е.С.Некрасов стали победителями конкурса учебников, проводившегося в 1993-1994 гг. в рамках проекта "Реформа общего гуманитарного образования в России" под эгидой Министерства образования России и фонда "Культурная инициатива".

Программы, учебники и методические пособия по экологии.

Программы по экологии для 9-го класса:

-Экология. Авторы: Н.М.Чернова, В.М.Галушин, В.М.Константинов.

-Экология. Авторы: Е.А.Криксунов, В.В.Пасечник, А.П.Сидорин.

-Общая экология. Авторы: Н.М.Мамедов, И.Т.Суравегина

-Экология современного человека. Авторы: В.Б.Захаров, В.И.Сивоглазов.

Учебники по экологии:

-Экология России. Учебник для 9-11-х классов общеобразовательной школы. Авторы: Б.М.Миркин, Л.Г.Наумова, Москва. АО МДС, [[smpbold]]НИСАМ, 1995 г.

-Экология. 9-й класс. Учебник для общеобразовательных учебных заведений. Авторы: Е.А.Криксунов, В.В.Пасечник, А.П.Сидорин. Издательский дом "Дрофа", 1995 г.

В 1996 году издательство "Просвещение" планирует издание еще двух учебников по экологии для 9-го класса авторских коллективов под руководством проф. Н.М.Чернова и проф. И.Т.Суравегиной.

Методические пособия для учителя:

Книга для учителей "Экология России" (авторы В.И.Сивоглазов, Т.С.Сухова, Т.А.Козлова) - методический комментарий к тексту учебника "Экология России".

Дидактические материалы для учащихся:

-Рабочая тетрадь к учебнику "Экология России" (авторы Т.А.Козлова, А.Н.Мягкова, Н.И.Сонин) - задания по работе с учебником, тексты для самоконтроля, немые рисунки.

-Дидактические материалы по экологии (авторы Т.А.Козлова, А.Н.Мягкова, Н.И.Сонин) - разрезные карточки для проведения самостоятельных работ.

В условиях массового внедрения вычислительной техники в среднюю школу применение компьютерных технологий в преподавании основных учебных дисциплин является необходимым для обучения, воспитания и развития учащихся. При этом использование компьютера в процессе изучения определенной дисциплины должно быть систематическим. В настоящее время стала очевидной нецелесообразность внедрения компьютерных технологий в процесс обучения только на старшей ступени школы; сейчас начинает складываться тенденция применения

196

Компьютерное моделирование

компьютера в преподавании учебных дисциплин неполной средней школы (наиболее активно в V-VII классах). На этом этапе обучения происходит формирование основных понятий и навыков изучаемого предмета, поэтому компьютер должен лишь помочь учителю в организации учебного процесса, но ни в коем случае не взять на себя полностью его роль

Опыт работы с учащимися V-VII классов показал, что использование компьютерного практикума для поддержки основного школьного курса способствует более заинтересованному отношению школьников к изучаемому предмету, формирует и закрепляет навыки работы с компьютером и является необходимым для наиболее полного усвоения пройденного материала.

В последние 10-15 лет компьютеры и компьютерные информационные технологии активно входят в нашу жизнь. Компьютер сегодня - это мощнейший инструмент получения и обработки информации, возможности компьютерных и сетевых технологий, их быстродействие потрясают воображение. Поэтому совершенно естественно внедрение этих средств в современный учебный процесс.

Компьютерные технологии в образовании являются реальной частью культуры, и нравится это или не нравиться, а внедрять эти технологии в современной школе необходимо.

Попробуем более детально систематизировать активно используемые компьютерные технологии обучения по дидактическим функциям:

Повышают и стимулируют интерес учащихся благодаря мультимедийным технологиям,

Активизируют мыслительную деятельность и эффективность усвоения материала благодаря интерактивности,

Позволяют моделировать и визуализировать процессы, сложные для демонстрации в реальности (от моделирования опасных физических явлений до экономических моделей),

Позволяют индивидуализировать обучение не только по темпу изучения материала, но и по логике и типу восприятия учащихся,

Позволяют организовывать дистанционное обучение, не только в целях заочного или экстернатного обучения, но и для учеников, пропускающих занятия по болезни,

Предоставляют ученикам возможность самостоятельного исследовательского поиска материалов, опубликованных в Internet для подготовки докладов и рефератов, предоставляют помощь в поисках ответов на проблемные вопросы,

Многократно повышают скорость и точность сбора и обработки информации об успешности обучения, благодаря компьютерному тестированию и контролю знаний, позволяют вести экстренную коррекцию (результат - сразу).

Только на основе этих функций можно сформулировать основные тенденции, заложенные в основе компьютерных учебных технологий (КУТ):

197

Тарова Инна Николаевна

КУТ позволяют развивает самостоятельность. Это свойство заложено в самом понятии "персональный компьютер". Работа осуществляется только в режиме один-на-один.

Развивают навыки самооценки. Такую возможность дают как специализированные программы контроля знаний, так и при работе с любым программным обеспечением, работает эффект: "Смог-не смог", когда ученик видит результат даже раньше учителя.

Развивают активность. В отличие от таких привычных форм как лекция, просмотр видео и кинофильмов предполагают постоянное участие ученикапользователя компьютера в происходящем,

Приобщают и приучают к поисковой творческой деятельности.

Развивают воображение и модельное видение. Любая учебная компьютерная программа является моделью в гносеологическом смысле слова. Ученик познает реальность с помощью компьютера через условные понятия и изображения, их нельзя потрогать, они всегда фактически двумерны, несмотря на то, что используется зачастую так называемая 3D графика.

Не вдаваясь в проблемы обучения непосредственно информатике, информационной культуре, компьютерной грамотности, без знания которых невозможно представить современного культурного человека, остановимся поподробнее на использовании компьютерных технологий в учебном процессе, в частности на уроках других предметов.

ПОЛЕЗНЫЕ ССЫЛКИ

Российские ресурсы

Государственный научно-исследовательский институт информационных техно-

логий и телекоммуникаций	www.informika.ru
Министерство образования РФ	www.ed.gov.ru
Российский образовательный портал
открытого образования	www.openet.ru
Система федеральных образовательных
порталов	www.edu.ru
Естественно-научный образовательный
портал	www.en.edu.ru
Социально-гуманитарный
и политологический портал	www.auditorium.ru
Информационно-коммуникационные
технологии в образовании	www.ict.edu.ru
Государственная научная библиотека
им. К. Д. Ушинского	www.gnpbu.ru
Ассоциация международного образования	http://aie.msk.su/
Журналы

198

Компьютерное моделирование

Информатика и образование	www.infojournal.ru
Директор школы	www.director.ru

Вопросы Интернет-образования http://vio.fio.ru/vio_site/default.htm

Вопросы информатизации образования» http://npstoik.ru/vio.

Новый электронный журнал, посвященный проблемам применения ИКТ в обучении и дополнительном образовании, в профильном обучении и повышении квалификации.

Образовательные ресурсы

Естествознание (ч.I) http://www.informika.ru/text/teach/natura-cd/

Анонс CD-ROM лаборатории систем мультимедиа Марийского гос. тех. университета

Химия. Базовый курс (8-9 класс) http://www.informika.ru/text/teach/chim-cd/basic/

Сетевое объединение методистов (все предметы) http://center.fio.ru/som
Ярмарка сайтов http://www.fair.ru/sites
В мире науки http://www.uic.ssu.samara.ru/~nauka/internet.htm
Протестируйся в МГУ! http://www.teletesting.ru
Международная	образовательная		сеть	IEARN	–	русская	часть
http://www.iearn.spb.ru
Каталог детских ресурсов http://www.kinder.ru
Англоязычные ресурсы
Schools Networks		Международная школьная сеть
http://www.eschoolnet.org/		Европейская школьная сеть
http://www.cartables.net		Объединение начальных школ
Finnish schools		Школы Финляндии
http://www.edu.fi/english/koulut/
French pilot schools network Сеть пилотных школ Франции
http://www.educnet.education.fr/pilotes/
Greek schools		Школы Греции
http://www.ypepth.gr/english/index_en.html
Icelandic schools		Школы Исландии
http://www.skolatorg.is/vefur/efni/grunnskolar.asp
Irish schools		Школы Ирландии
http://www.scoilnet.ie/schoolsonline/SchoolSearchProcess.asp
Italian schools		Школы Италии
http://www.bdp.it/servizi/scuole/index.htm
Norwegian schools		Школы Норвегии
http://www.siu.no/adresser.nsf/AdresserMedWeb
Portuguese schools		Школы Португалии
http://www.dapp.min-edu.pt/nonio/url.htm

199

Тарова Инна Николаевна

Slovenian schools	Школы Словении
http://sio.edus.si/english.htm
Swedish schools	Школы Швеции

http://www.skolwww.artisan.se/cgi-shl/startsidan.exe?language=uk

Swiss classes looking for pals	Школы Швейцарии
http://base.edunet.ch/
UK schools	Школы Великобритании

http://www.schoolsnet.co.uk/cgi-bin/inetcgi/schoolsnet/scripts/national.jsp

МЕДИАТЕКА

список программно-методических средств на CD - ROM, рекомендованных для использования в учебном процессе

1С: Репетитор Биология

Весь школьный курс биологии: ботаника, зоология, анатомия и физиология человека, общая биология. 1000 интерактивных иллюстраций, 50 видеофрагментов и анимационных моделей, 1000 тестов и задач с ответами и решениями, контрольные тесты и задачи, обширные справочные сведения по всем разделам биологии, словарь латинских терминов, 30 минут дикторского текста.

1С: Репетитор Русский язык

Весь школьный курс русского языка: фонетика, лексикология, словообразование, морфология, синтаксис, орфография, пунктуация. Для абитуриентов, старшеклассников и учителей.

1С: Репетитор Русский язык, Физика, Химия, Биология - комплект

Программы сборника содержат подробное изложение всего теоретического материала по каждому предмету, 5,5 час дикторского текста, 1400 иллюстраций, 400 анимаций и видеофрагментов, 70 интерактивных физических моделей, позволяющих изменять параметры процессов, 50 озвученных диктантов на все правила русского языка, 2000 тестов, задач и языковых практикумов (все с ответами, многие- с решениями). Каждая программа включает в себя раздел "Подготовка в ВУЗ", обширные справочные сведения, биографии известных ученых, словарь терминов, список литературы.

1С: Репетитор Тесты по орфографии

200