ИНТЕГРАТИВНЫЕ ПРОЕКТНЫЕ РАБОТЫ ПО ИМИТАЦИОННОМУ МОДЕЛИРОВАНИЮ

Статья опубликована в рамках: Международной научно-практической интернет-конференции «Актуальные проблемы методики обучения информатике в современной школе» (Россия, г.Москва, МПГУ,16 — 17 февраля 2016г.)

ИНТЕГРАТИВНЫЕ ПРОЕКТНЫЕ РАБОТЫ ПО ИМИТАЦИОННОМУ МОДЕЛИРОВАНИЮ

Калугин Александр Игоревич
ФГБОУ ВО «Московский педагогический
государственный университет»
Россия, г.Москва
e-mail: kalugin.alexnader@mail.ru

Научный руководитель:
к.пед.н., доц. Н.Н.Самылкина

В основу новых федеральных государственных образовательных стандартов (ФГОС) положен системно-деятельностный подход.

Сущность системно-деятельностного подхода заключается в постановке и решении основной задачи образования, суть которой — в создании условий развития гармоничной, нравственно совершенной, социально активной, профессионально компетентной и саморазвивающейся личности через активизацию внутренних резервов. Системно-деятельностный подход, подразумевающий интеграцию отдельных учебных дисциплин, может быть реализован путем постановки перед обучаемыми проектных исследовательских задач межпредметной направленности. В этом случае специфические для каждого учебного предмета действия и операции должны быть дополнены универсальными (метапредметными) учебными действиями. Для этих целей, на наш взгляд, идеально подходят задачи по имитационному моделированию в курсе информатики старших классов.

Моделирование как универсальный метод научного познания охватывает широкий круг знаний: техническое конструирование, строительство и архитектуру, астрономию, физику, химию, биологию и, наконец, общественные науки. Таким образом, изучение моделирования в курсе информатики отвечает концепции системного подхода в обучении, обеспечивая интегративные связи внутри целого комплекса учебных дисциплин.

Принцип деятельности в процессе обучения выделяет ученика как деятеля в образовательном процессе, а учителю отводится роль организатора и управленца этого процесса. Организация проектных работ по имитационному моделированию в курсе информатики позволяет реализовать деятельностный подход в обучении, раскрыть творческий потенциал обучаемых, сформировать у них позитивную мотивацию к изучению как информатики, так и других дисциплин.

В качестве компьютерной среды имитационного моделирования возможно использовать среду AnyLogic в силу ряда причин, среди которых важнейшими являются:

  • Использование компьютерной среды имитационного моделирования AnyLogic в организации проектной деятельности школьников позволяет ставить перед ними контекстные задачи — то есть задачи мотивационного характера, в условии которых описана конкретная жизненная ситуация, коррелирующая с имеющимся социокультурным опытом обучающихся.
  • Обучающиеся получают возможность решать контекстные задачи не в учебной программе, а в профессиональной среде компьютерного моделирования, используемой многими ведущими транснациональными компаниями.

Среда позволяет организовать проектные работы по разработке «с нуля» имитационных моделей различных физических процессов и систем (колебательные процессы, баллистическое движение, броуновское движение), биологических процессов и систем (размер популяции, распространение эпидемии, модель работы сердца), социальных процессов и систем (движение городского транспорта и пешеходов, системы массового обслуживания). Некоторые из таких проектов подразумевают задание дифференциальных уравнений в качестве математических моделей, описывающих поведение системы, что в свою очередь при правильном использовании может мотивировать школьников к факультативному изучению отдельных тем математического анализа.

В качестве примеров использования AnyLogic при организации проектных работ обучаемых в рамках школьного курса информатики рассмотрим несколько конкретных примеров.

Первый из них — построение модели математического маятника. Для построения модели используется подход системной динамики, подразумевающий задание дифференциального уравнения в качестве математической модели колебательного процесса. Заметим, что одним из преимуществ среды имитационного моделирования AnyLogic является возможность моделирования различных процессов лишь указанием дифференциальных уравнений, их описывающих, без их аналитического решения. В этом смысле построение имитационных моделей, с одной стороны, не выходит за рамки школьных курсов математики и физики, а, с другой стороны, делает наглядной взаимосвязь между математическими уравнениями, как моделями реальных процессов, и самими процессами, наблюдаемыми в повседневной жизни или во время выполнения лабораторных работ. Имитационное моделирование позволяет школьникам изучить зависимости моделей от тех или иных параметров, а после этого спроецировать сделанные выводы на моделируемые системы.

Также стоит заметить, что построение компьютерной модели перед проведением реального эксперимента формирует у обучающегося представление о том, что в процессе человеческой деятельности большинство сложных проектов и задач любой природы сначала решаются средствами математического/компьютерного моделирования, а только после этого реализуются на практике.

Следующий пример — удобный случай, когда перед учениками можно поставить проблемную ситуацию.

В магазине или где-то еще работают кассы. Если покупателей много, а кассиров мало, то это может привести к появлению больших очередей, что в свою очередь может плохо сказаться на имидже магазина. Если кассиров много — это означает большие траты торговой организации на зарплату. Следовательно, необходимо искать оптимальное количество кассиров для заданного магазина с заданной интенсивностью появления покупателей.

В данной работе используется дискретно-событийный подход к имитационному моделированию и возможность AnyLogic проводить подобные эксперименты по оптимизации.

Такую ситуацию безусловно можно считать социально-значимой для старшеклассников, хоть раз в жизни сталкивавшихся с таким явлением как очередь в магазин, на каток, аттракционы или куда либо еще.

А социальная-значимость решаемой задачи несомненно улучшает позитивную мотивацию обучающихся.

Третий пример — новый способ построения классической модели экосистемы «хищник-жертва».

Соотношение популяций двух видов, обитающих на одной территории, описывается дифференциальными уравнениями, хорошо известными как модель Лотки-Вольтерры. Рыси едят зайцев, зайцы размножаются. В случае выведения такой системы из положения равновесия путем резкого изменения численности одного из видов, число особей хищников и число жертв начинают колебаться, подчиняясь известным дифференциальным уравнениям.

Используя подход агентного моделирования в AnyLogic можно смоделировать такую экосистему без использования вышеуказанных уравнений. Для этого задаются два типа агентов (зайцы и рыси), а также их взаимодействие друг с другом.

Использование такой проектной работы обеспечивает интеграцию с биологией.

Подводя итоги, скажем, что Использование AnyLogic в школьном курсе информатики позволяет:

  • ставить перед школьниками социально-значимые для них задачи;
  • решать эти задачи современными профессиональными средствами;
  • обеспечить интеграцию с другими дисциплинами естественно-научного цикла;
  • улучшить позитивную мотивацию обучающихся.

Все это позволяет выдвинуть утверждение о том, что использование AnyLogic при изучении темы имитационного моделирования в школьном курсе информатики способствует достижению необходимых результатов обучения (предметных, метапредметных, личностных), требуемых действующими образовательными стандартами.

ЛИТЕРАТУРА

  1. Захаров А. С. Организация современной информационно-образовательной среды как необходимое условие реализации требований ФГОС // Информатика и образование. 2014. № 5.
  2. Захарова Т. Б. Основные направления повышения квалификации школьных учителей в условиях введения Федеральных государственных образовательных стандартов общего образования// Стандарты и мониторинг в образовании. 2012. № 4.
  3. Захарова Т. Б. Совершенствование методической подготовки учителей информатики в свете требований ФГОС общего образования// Информатика и образование. 2014. № 5.
  4. Захарова Т. Б., Захаров А. С. Подготовка педагогов к созданию и развитию современной информационной образовательной среды// Информатика и образование. 2012. №
  5. Калинин И. А., Самылкина Н. Н. Информатика. 10 класс. Углубленный уровень: учебник. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2013.
  6. Калинин И. А., Самылкина Н. Н. Основы имитационного моделирования// Информатика. 2013. № 5.
  7. Осоргин А. Е. AnyLogic Лабораторный практикум. Самара: ПГК, 2012.
  8. Пурышева Н. С., Степанов С. В. Физика. Базовый уровень. 10 класс. Тетрадь для лабораторных работ. М.: Дрофа, 2014.
  9. Федеральный государственный образовательный стандарт среднего общего образования. http://минобрнауки.рф/документы/2365/файл/736/12.05.17-Приказ_413.pdf

Отправить ответ

Уведомить о
avatar
Sort by:   newest | oldest | most voted
Т.Б. Захарова

Уважаемый Александр Игоревич! Очень интересно. Здесь вижу среду для реализации проектной деятельности школьников (построение и исследование моделей различных реальных ситуаций). Думаю, что Ваш материал очень полезен нашим коллегам.

В.В. Шапкина

Очень актуально, спасибо. Имитационное моделирование всегда пользуется популярностью как возможность яркой демонстрации конкретных сложных процессов, а использование AnyLogic при организации проектных работ обоснованно и удобно.

wpDiscuz