Развитие навыков моделирования у младших школьников при изучении информатики

Development of modeling skills by primary schoolchildren during learning computer science

A methodic of development of skills by youngest pupils is consider in the article. The team is actual, because pupils happen with problems of modeling during learning different subjects at school.

В психологии мышления существует модельная гипотеза мыслительной деятельности человека, которая опирается на идею внутреннего представления проблемной области, на знания о ее особенностях, закономерностях и процедурах действия в ней. Согласно данной гипотезе, мозг человека содержит модель проблемной ситуации, в которой необходимо принять решение. Для решения используются метапроцедуры, оперирующие с совокупностью знаний из той проблемной области, к которой принадлежит данная проблемная ситуация. Ими являются представление знаний, рассуждения, поиск релевантной (связанной с данной проблемной ситуацией) информации в совокупности имеющихся знаний, их выполнение и корректировка.

Данные модели мышления рассматривались в связи с проблемами создания искусственного интеллекта. Но исследования в данной области позволяют внести коррективы и в практику учебной деятельности, что позволяет оптимизировать учебный процесс, так как навыки мыслительной деятельности необходимо тренировать так же, как и специальные навыки.

В своей деятельности человек очень часто использует модели, то есть создает образ того объекта, явления или процесса, с которым ему предстоит иметь дело. Модель – это объект – заменитель, знак, символ, слово, реальный предмет, теоретическое (абстрактное) построение, состояние объекта, процесса, явления и т.д., представляет собой какую-либо характеристику, свойство, признак или совокупность характеристик, признаков или свойств.

Процесс создания моделей для исследования и изучения объектов, явлений называют моде лированием. В информатике используются два метода моделирования – информационное и математическое. Моделирование – многоаспектное явление и многоплановая деятельность. Можно говорить о моделировании как о методологической основе современной науки, как об инструменте любой познавательной деятельности, как о важном дидактическом средстве. Мир моделей, используемых в познании, общении, практической деятельности, многообразен. В обучении важное место занимает такой класс моделей, как информационные модели. Это всевозможные формулы, графики, словесное описание, таблицы, схемы, формулировки законов, алгоритмы и пр.

С процессом моделирования тесно связан другой метод информатики: формализация – представление информации об исследуемом объекте с помощью знаков и знаковых систем. Тема «Моделирование и формализация» является теоретической основой базового курса школьной информатики и достаточно сложна для усвоения, но ее необходимо изучать уже в школе, чтобы научиться пользоваться средствами научного знания для формирования собственных знаний об окружающем мире.

В ходе изучения данной темы у учащихся должны быть сформированы:

• -    представления о модели, видах моделей, процессах моделирования и формализации (целях, способах, возможности использования в жизни и на различных уроках в школе);

• -    умения создавать простейшие модели реального объекта и процесса, различать модели по форме представления, осуществлять моделирование в рамках учебного процесса.

В отличие от базового курса информатики, где большое внимание уделяется изучению основ информационного моделирования, в начальном звене школы важно учащихся познакомить с понятием модели на примере материального (натурного) моделирования. Это связано с тем, что у младших школьников преобладает наглядно-образное мышление. Поэтому уроки должны иметь больше практический характер, где учащиеся будут не только знакомиться с уже существующими моделями, но и сами создавать новые модели. Учащихся необходимо подвести к пониманию причин построения моделей, так как у некоторых детей может возникнуть вопрос: «Почему бы не исследовать сам оригинал, а не строить его модель?». В связи с этим можно детей попросить привести примеры указанных оригиналов:

• 1.    В реальном мире оригинал может уже не существовать или его нет в действительности. Например, теория вымирания динозавров, теория гибели Атлантиды и т.п.

• 2.    Оригинал может иметь много свойств и взаимосвязей. Чтобы глубоко изучить какое-то конкретное свойство, иногда полезно отказаться от менее существенных свойств, вовсе не учитывая их. Например, карта местности, схема движения электропоездов в Московском метрополитене, модели живых организмов и т.п.

• 3.    Оригинал либо очень велик, либо очень мал. Например, глобус, модель Солнечной системы, модель атома и т.п.

• 4.    Процесс протекает очень быстро или очень медленно. Например, модель двигателя внутреннего сгорания, модели геологических исследований и т.п.

• 5.    Исследование объекта может привести к его разрушению. Например, модель самолета или автомобиля и т.п.

Из обобщения рассмотренных примеров можно вместе с учащимися сделать вывод, что модель – это упрощенное подобие реального объекта, которое повторяет только те его свойства, требующиеся для будущего применения.

С понятием моделирования учащихся знакомят с помощью практических действий, предлагая построить с использованием раздаточного материала модель какого-либо реального объекта, например модель дома. Дети усваивают, что процесс построения модели есть моделирование. Также дети должны четко понимать, что «важнейшим понятием в моделировании является понятие цели. Цель моделирования – это назначение будущей модели. Цель определяет те свойства объекта – оригинала, которые должны быть воспроизведены в модели» [3]. Поэтому необходимо в процессе изучения использовать различные упражнения, в которых, в зависимости от цели, будет использована та или иная форма представления модели: словесная, графическая, математическая, геометрическая, логическая, натурная и т.д

Рассмотрим примеры практических упражнений, которые способствуют развитию навыков моделирования в начальной школе.

Упражнение 1 .

Распределите данные изображения в две группы по номерам и следующим признакам:

Изображения реальных объектов	Модели соответствующих объектов

На доске вывешиваются изображения реальных объектов и их модели в различном порядке.

Упражнение 2.

Изобразите на листе бумаги с помощью чертежных инструментов модели следующих реальных объектов: солнца, домика, снеговика, висячей лампочки, будильника, стола, платья, двери, зайчика. Ответьте на вопрос: «Какие свойства объектов вы использовали при изображении?».

Упражнение 3.

Какие реальные объекты могут изображаться с помощью следующих моделей: куба, шара, конуса, призмы, усеченной пирамиды, цилиндра.

Примечание: модели геометрических фигур можно представить наглядно.

Упражнение 4.

Как вы думаете, для чего и почему созданы следующие модели: глобус, карта Бурятии, макет скелета человека, детские игрушки.

На уроках математики используются в основном модели, имеющие наглядную форму и условно-символическое значение, что позволяет превратить их из иллюстраций в средство освоения детьми нового для них типа отношений. Одним из примеров моделирования отношений являются круги Эйлера, которые дают возможность моделировать отношения понятий по объему. Например, можно использовать следующие упражнения:

Упражнение 1.

Найди буквенное обозначение каждого множества в таблице и вставь их на рисунке рядом с указателями множеств.

Множества
А	- прямоугольников
В	- четырехугольников
С	- многоугольников
Д	- квадратов

Упражнение 2.

В каком отношении находятся множества натуральных чисел, четных чисел и чисел, делящихся на 3. Изобрази данные отношения в виде кругов Эйлера.

Приведем еще один пример развития навыков моделирования на первой ступени начального образования при знакомстве с числом.

На первом этапе используются различные наглядные модели, которые дают детям возможность наглядно представить количественные отношения, так как позволяют производить замещение предметов путем наложения или приложения заместителей, что способствует пониманию смысла замещения (фишка используется вместо предмета, информация об общем количестве предметов может быть передана соответствующим количеством заместителей).

На втором этапе моделью количественных отношений могут служить счеты. Замещение предметов косточками счетов дети должны производить на глаз.

На третьем этапе для установления количественных отношений используется графическая модель в виде значков двух видов. Вместо предметов одной группы изображаются, например, кружки, вместо предметов другой – квадраты.

На четвертом этапе в качестве модели применяется ось с нулевой отметкой и стрелкой, показывающей направление увеличения. В ряде заданий на оси вычерчиваются единичные отрезки; сравниваемое количество отрезков, обозначающих предметы, объединяется дугами.

Формирование представлений о числовом ряде и закономерностях образования чисел числового ряда на цифровом материале идет как без применения моделей, так и с использованием предметных и графических моделей типа кругов Эйлера.

Таким образом, постепенный переход от материальных моделей к информационным с использованием специальных методов и практических упражнений будет не только способствовать усвоению понятия моделирования, но и заложит основы для последующего более глубокого изучения данной темы в средних и старших классах, а также развитию мыслительной деятельности детей.