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
avatar
  Подписаться  
newest oldest most voted
Уведомить о
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
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.