Применение методик и специальных программ компьютерного моделирования на уроках технологии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Информационные технологии и их значение в современной методике преподавания

1.1 Понятие информационных технологий, история их появления и развития

1.2 Исследование возможности применения информационных технологий в процессе обучения

1.3 Положительные и отрицательные стороны применения информационных технологий в процессе обучения

2. Программы компьютерного моделирования

2.1 Основные сведения о программах компьютерного моделирования

2.2 Возможности применения программ компьютерного моделирования на уроках технологии

2.3 Применение программ компьютерного моделирования на уроках технологии

3. Методика применения информационных технологий на различных этапах урока

3.1 Требования, предъявляемые к программному обеспечению учебного назначения

3.2 Учебно-методическое обеспечение учебного процесса

3.3 Экспериментальная проверка учебного пособия с применением программ компьютерного моделирования на уроках технологии

Заключение

Список использованной литературы

Приложение

Введение

Серьёзные преобразования в экономическом и общественном устройстве Казахстана, интегрирование страны в мировое сообщество обусловили необходимость реформирования в системе образования.

Значение образования в современном мире велико, оно является важнейшим фактором формирования качества экономики и общества.

Исключительная роль принадлежит школе. Она должна стать важнейшим фактором гуманизации общественно - экономических отношений. В школе необходимо воспитать и подготовить к жизни людей, способных быть ответственными за судьбу страны, обеспечить её интенсивное развитие.

Концепция модернизации казахстанского образования на период до 2015 года требует обеспечить равный доступ молодых людей к полноценному качественному образованию в соответствии с их интересами и склонностями независимо от материального достатка семьи, места проживания, национальной принадлежности и состояния здоровья.

Модернизация казахстанского образования направлена не только на изменения содержания изучаемых предметов и курсов, но и на изменения подходов к методике преподавания, расширение арсенала методических приёмов учителя, активизацию деятельности учащихся в ходе занятий, приближение изучаемых тем к реальной жизни через рассмотрение ситуаций и поисков путей решения наиболее острых общественных проблем.

Исследования, которые проводятся учёными в школах, показывают, что доминирование репродуктивных подходов создаёт у половины учащихся безразличное отношение к учению, а у трети - отрицательное отношение. Именно поэтому важно, чтобы ученик не был пассивным объектом воздействия, а мог самостоятельно найти необходимую информацию, обменяться мнением по определённой проблеме со своими сверстниками, участвовать в дискуссиях, находить аргументы и контраргументы.

Учение становится учебной деятельностью тогда, когда школьник овладевает не только знаниями, но и способами их приобретения. К сожалению, на уроках технологии пока преобладают два источника информации - учитель и учебник, что представляется явно недостаточным в условия современного быстро меняющегося мира.

Очевидно, что ХХI век требует принципиально иных подходов к образованию. Обучение должно быть развивающим в плане развития самостоятельного критического и творческого мышления. Но для этого, естественно, недостаточно наличия в системе только учителя и учебника (понимаемого расширительно, как система средств обучения), отражающих одну точку зрения, принятую в обществе. Необходимо широкое информационное поле деятельности, различные источники информации, различные взгляды, точки зрения на одну и ту же проблему, побуждающие ученика к самостоятельному мышлению, поиску собственной аргументированной позиции. Для этого необходимы и адекватные поставленной цели методы и средства обучения.

Мы предполагаем, что на сегодняшний день, современная система образования, опираясь на традиционные источники информации, такие, как школьные учебники, учебные пособия, реализуемая под руководством учителя, требует расширения информационного поля. Требуется и иная дидактическая система, иные методы и технологии обучения, адекватные личностно-ориентированному подходу в образовании.

Объектом исследования является использование компьютерных технологий в обучении.

Предмет исследования: использование информационных технологий на уроках технологии.

Цель исследования:

ѕ выявить зависимость между повышением уровня усвоения знаний и применением персонального компьютера в обучении технологии;

ѕ разработать рекомендации по применению персонального компьютера на уроках технологии.

Задачи исследования:

ѕ Проследить историю появления и развития информационных технологий;

ѕ Показать возможности использования информационных технологий в обучении технологии;

ѕ Изучить методику применения информационных технологий на различных этапах урока.

Методическую основу исследования составили методы анализа, синтеза, индукции.

Гипотеза Применение информационных технологий на уроках технологии приводит к повышению эффективности образовательного процесса

Проблема повышение уровня преподавания технологии с помощью использования информационных технологий

На рубеже XX-XXI веков вычислительная техника проникла во все сферы человеческой деятельности и открыла громадные возможности выбора источников информации, применение информационных технологий в преподавании, в том числе технологии. Начинают появляться методическая литература по этой проблеме.

М.Т. Студеникин в книге "Современные технологии преподавания технологии в школе" подчёркивает, что применение технических средств - одна из характерных черт современного развития школы и педагогики. Пособие посвящено современным технологиям преподавания технологии - модульно-блочному обучению, проектной деятельности, применению компьютерных программ и Интернета на уроках технологии. Собраны вопросы и задания развивающего характера, викторины для учащихся. Предлагаемое пособие раскрывает опыт работы учителей технологии по применению современных технологий обучения. А так же рассказывается о современном устройстве кабинета технологии, его наполнении видеоносителями и их применении на уроках истории, включая электронные компьютерные программы в сочетании с Интернетом.

Захарова И.Г. в книге "Информационные технологии в образовании", подчёркивает важность и необходимость применения информационных технологий, - "иначе трудно двигаться дальше". Уже сейчас большое количество учебных познавательных и развивающих материалов представлено в электронном виде.

"Мультимедийный кабинет технологии" считает, что понятие "кабинет технологии" будет полностью пересмотрено, в нём должно быть современное оборудование: компьютер, мультимедиа-проектор, акустическая система, интерактивная доска, сканер, принтер и др.

Издание не привязано к конкретным учебникам, не является дополнением к какому-либо курсу. Это вполне самостоятельный учебный продукт, который может найти самое разнообразное применение в практике преподавания.

Таким образом, тема информационных технологий очень актуальна на сегодняшний день, так как она только начинает изучаться. Несмотря на это мы проанализируем различные точки зрения на эту проблему. В своей работе мы попытаемся исследовать проблему внедрения информационных технологий в современную систему образования, и сделать вывод о том, какую же роль они играют для современной школы.

информационный технология компьютерный моделирование

1. Информационные технологии и их значение в современной методике преподавания

1.1 Понятие информационных технологий, история их появления и развития

В начале 80-х годов XX в. К. Сиборг в докладе "Нация в опасности" указал, что базовой целью современного образования в США должна быть подготовка граждан к достижению успехов в информационном веке. Работа с современными техническими средствами порождает новый тип взаимодействия человека и машины, неизвестный другим, - неинформационным технологиям и традиционным производствам. Современное человечество включилось в общеисторический процесс, называемый информатизацией. В данный период развития общества производство информации становится основным видом деятельности, и компьютеризация выступает как часть этого процесса. Развитие информатизации вызвано тем, что человечество осознало ограниченность естественных ресурсов среды своего обитания в связи с усложнением производственных отношений, появлением глобальных проблем, решение которых невозможно прежними средствами. Информация становится главным ресурсом научно-технического и социально-экономического развития мирового сообщества и существенно влияет на ускоренное развитие науки, техники и различных отраслей хозяйства, играет значительную роль в процессах воспитания и образования, культурного общения между людьми, а также в других социальных областях.

Информатизация - это система следующих взаимосвязанных процессов:

ѕ информационного - обособления и представления всей социально значимой информации в форме, доступной для хранения, обработки и передачи электронными средствами;

ѕ познавательного - формирования и сохранения целостной информационной модели мира, позволяющей обществу осуществлять упреждающее динамическое регулирование своего развития на всех уровнях: от индивидуальной деятельности до функционирования общечеловеческих институтов;

ѕ материального - строительства глобальной инфраструктуры электронных средств хранения, обработки и передачи информации[1].

Информатизация современного общества влечет за собой следующие социальные последствия: увеличение числа занятых в информационной сфере (производители, обработчики, распространители информации); интеллектуализация многих видов труда и повышение требований к общеобразовательной подготовке специалистов, профессиональной подготовке на основе НИТ (новых информационных технологий) (большинство населения должно уметь работать с автоматизированными информационными системами); появление совершенно новых профессий и отмирание существующих (особенно в связи с роботизацией многих рабочих специальностей и внедрением систем искусственного интеллекта). Отсюда очевидно, что информатизация образования становится ключевым условием развития общества.

НИТ в сфере образования выступают одним из ведущих факторов формирования личности. Понятие информации является основополагающим в этом процессе. Любая деятельность человека представляет собой процесс сбора и переработки информации, принятия на ее основе решений и их выполнения. С появлением современных средств вычислительной техники информация стала выступать в качестве одного из важнейших ресурсов научно-технического прогресса. Информация содержится в человеческой речи, текстах книг, журналов и газет, сообщениях радио и телевидения, показаниях приборов и т.д. Человек воспринимает информацию с помощью органов чувств, хранит и перерабатывает ее с помощью мозга и центральной нервной системы. Понятие информации используется во всех сферах: науке, технике, культуре, социологии и повседневной жизни. Конкретное толкование элементов, связанных с понятием информации, зависит от метода конкретной науки, цели исследования или просто от наших представлений.

Термин "информация" происходит от латинского informatio -разъяснение, изложение, осведомленность. Более узкое определение дается в технике, где это понятие включает в себя все сведения, являющиеся объектом хранения, передачи и преобразования. Наиболее общее толкование имеет место в философии. Информацию как философскую категорию рассматривают в качестве одного из атрибутов материи, отражающих ее структуру. Классическое определение информации, введенное американскими учеными, трактует ее как такие сведения, которые уменьшают или полностью снимают существовавшую до их получения неопределенность (энтропию). Наименьшее количество информации, снимающей неопределенность системы с двумя равновероятностными состояниями, равно одному биту. Все современные системы коммуникаций построены на этой основе. Так, для реле это наличие электрического тока в катушке (да-нет), для азбуки Морзе - длительность сигнала (точка-тире), для ЭВМ - последовательность нулей и единиц в ячейках памяти (0-1).

Информационная техника представляет собой материальную основу информационной технологии, с помощью которой осуществляются сбор, хранение, передача и обработка информации. До середины XIX в., когда доминирующими были процессы сбора и накопления информации, основу информационной техники составляли перо, чернильница и бумага. Коммуникация (связь) осуществлялась посылкой нарочных с депешами. На смену ручной информационной технике в конце XIX в. пришла механическая (пишущая машинка, телефон, телеграф и др.), что послужило базой для принципиальных изменений в технологии обработки информации. Понадобилось еще много лет, чтобы перейти от запоминания и передачи информации к ее переработке. Это стало возможным с появлением во второй половине XX столетия такой информационной техники, как электронные вычислительные машины, положившие начало компьютерной технологии.

Древние греки считали, что технология (techne - мастерство + logos - учение) - это мастерство (искусство) делать вещи. Более емкое определение это понятие приобрело в процессе индустриализации общества. Технология - это совокупность знаний о способах и средствах проведения производственных процессов, при которых происходит качественное изменение обрабатываемых объектов.

Информационную технологию в данном контексте можно считать технологией использования программно-аппаратных средств вычислительной техники в какой-либо предметной области.

Информационная технология (ИТ) - это совокупность методов, производственных процессов и программно-технических средств, объединенных в технологическую цепочку, обеспечивающую сбор, обработку, хранение, распространение и отображение информации с целью снижения трудоемкости процессов использования информационного ресурса, а также повышения их надежности и оперативности.

Информационные технологии делят на три группы: сберегающие, рационализирующие и созидающие. Сберегающие экономят труд, время, материальные ресурсы. Рационализирующие улучшают автоматические системы поиска, заказа и т.п. Созидающие (творческие) информационные технологии включают человека в систему переработки и использования информации. Примером последних является технология организации телеконференций, на которых может осуществляться "мозговой штурм" определенной проблемы с использованием баз данных, вычислительных средств, моделирования и т.п. Технические средства НИТ включают компьютерную технику, обеспечивающую хранение и переработку информации, и коммуникационную технику (телефон, телеграф, радио, телевидение, спутниковая связь, сети ЭВМ), передающую эту информацию на большие расстояния, доводящую ее до пользователей.

Современные новые информационные технологии обучения (НИТО), исходя из принципов, сформулированных Б.Е. Патоном, В. И. Гриценко и Б. Н. Паныпиным, определяются как совокупность внедряемых (встраиваемых) в системы организационного управления образованием и в системы обучения принципиально новых систем и методов обработки данных, представляющих собой целостные обучающие системы, и отображение информационного продукта (данных, идей, знаний) с наименьшими затратами и в соответствии с закономерностями той среды, в которой они развиваются. Это синтез современных достижений педагогической науки и средств информационно-вычислительной техники. НИТО подразумевают научные подходы к организации учебно-воспитательного процесса с целью его оптимизации и повышения эффективности, а также постоянного обновления материально-технической базы образовательных учреждений.

В настоящее время развиваются следующие направления НИТО:

ѕ универсальные информационные технологии (текстовые редакторы, графические пакеты, системы управления базами данных, процессоры электронных таблиц, системы моделирования, экспертные системы и т.п.);

ѕ компьютерные средства телекоммуникаций;

ѕ компьютерные обучающие и контролирующие программы, компьютерные учебники;

ѕ мультимедийные программные продукты[2].

Следует разбираться в таких понятиях, как компьютерное обучение (КО) и электронное обучение (ЭО). Согласно определению ЮНЕСКО, компьютерное обучение - такая система обучения, в которой одним из ТСО выступает компьютер. Однако современные разнообразные ТСО все больше развиваются на основе последних достижений макро- и микроэлектроники, поэтому многие специалисты предлагают использовать более общий термин - электронное обучение, т. е. обучение с помощью систем и устройств современной электроники. Различают два основных вида ЭО:

ѕ рецептивное - восприятие и усвоение знаний, передаваемых с помощью аудиовизуальных средств (эпидиапроекторов, киноустановок, магнитофонов, видеомагнитофонов, телевидения и других подобных ТСО);

ѕ интерактивное - обучение в процессе взаимодействия человека и компьютера в диалоговом режиме, а также в системах гибридного человеко-машинного антропоцентрического интеллекта, в экспертных обучающих системах и др.

Информатизация образования - процесс довольно сложный и требующий определенного времени и поэтапности осуществления:

ѕ массовое освоение средств НИТ - создание компьютерных классов, средств телекоммуникаций, оперативной полиграфии, систем интерактивного видео, баз данных и программных средств путем базовой подготовки учителей и учащихся;

ѕ активное внедрение средств НИТ в традиционные учебные дисциплины, пересмотр содержания образования, разработка программного обеспечения, компьютерных курсов; видео - и аудиоматериалов на компактных (оптических) дисках;

ѕ радикальная перестройка непрерывного образования, введение дистанционного обучения, смена методической основы обучения, замена вербального обучения аудиовизуальным[3].

Учителя уже стоят перед необходимостью освоения новейших технологий обучения, таких, как телеконференции, электронная почта, видеокниги на лазерных дисках, электронные книги для микрокомпьютеров, системы мультимедиа. Неизбежен пересмотр организационных форм учебного процесса путем увеличения доли самостоятельной, индивидуальной и коллективной работы учащихся, объема практических и лабораторных работ поискового и исследовательского характера, более широкого проведения внеаудиторных занятий. Эти тенденции усиливают также отчетливо осознаваемые как обществом, так и педагогами потребности в смене образовательных парадигм. Учащиеся должны перестать пассивно воспринимать готовые факты, законы, понятия, суждения, они все чаще будут ставиться в ситуации самостоятельного решения проблемных задач, т. е. начнет осуществляться переход на конструктивистский и коннективистский подходы к обучению. Первый предполагает значительное расширение самостоятельной поисковой деятельности учащихся, а второй - поиск обучаемыми связей между понятиями и явлениями, представляющимися на первый взгляд разрозненными и несвязанными между собой. Внедрение НИТ в учебно-воспитательный процесс приводит к коренному изменению функций педагога, который вместе с обучаемыми все более становится исследователем, программистом, организатором, консультантом.

Введение ТСО в процесс обучения, которое многими исследователями определяется как технологическая революция в образовании, началось с разработки первых программ аудиовизуального обучения в 30-х годах в США. В школе эти средства появляются в 40-х годах. С середины 50-х годов намечается технологический подход к их использованию, теоретической базой которого становится идея программированного обучения. Разрабатываются аудиовизуальные средства, специально предназначенные для учебных целей: средства обратной связи, электронные классы, обучающие машины, лингафонные кабинеты, тренажеры и др. В 70-е годы усиливается теоретическая разработка использования ТС в процессе обучения и появляются новейшие средства, такие как видеомагнитофоны, карусельный кадропроектор, полиэкран, электронная доска и др. В 80-е годы стали создаваться дисплейные классы, увеличилось количество и качество педагогических программных средств (ППС), применение систем интерактивного видео. В 90-е годы в образовательных учреждениях стала использоваться мультимедийная аппаратура. Мультимедиа (myltimedia) - современная компьютерная технология, позволяющая объединить в компьютерной системе текст, звук, видеоизображение, графические изображения и анимацию; создается VRML - язык моделирования виртуальной реальности (Virtual Reality Modeling Language).

Уже сегодня можно утверждать, что внедрение НИТО способствует:

ѕ индивидуализации учебно-воспитательного процесса с учетом уровня подготовленности, способностей, индивидуально-типологических особенностей усвоения материала, интересов и потребностей обучаемых;

ѕ изменению характера познавательной деятельности учащихся в сторону ее большей самостоятельности и поискового характера;

ѕ стимулированию стремления учащихся к постоянному самосовершенствованию и готовности к самостоятельному переобучению;

ѕ усилению междисциплинарных связей в обучении, комплексному изучению явлений и событий;

ѕ повышению гибкости, мобильности учебного процесса, его постоянному и динамичному обновлению;

ѕ изменению форм и методов организации внеучебной жизнедеятельности воспитанников и организации их досуга[4].

Таким образом, технические средства обучения - совокупность технических устройств с дидактическим обеспечением, применяемых в учебно-воспитательном процессе для предъявления и обработки информации с целью его оптимизации.

1.2 Исследование возможности применения информационных технологий в процессе обучения

ТСО объединяют два понятия: технические устройства (аппаратура) и дидактические средства обучения (носители информации), которые с помощью этих устройств воспроизводятся.

В англоязычных источниках ТСО называют аудиовизуальными средствами, которые делятся на жесткие (hardware) и мягкие (software). К жестким относятся магнитофоны, проекторы, телевизоры, компьютеры, к мягким - носители информации: грампластинки, магнитная лента, магнитные и оптические диски, слайды, кинофильмы.

Классифицировать технические средства обучения сложно в силу разнообразия их устройства, функциональных возможностей, способов предъявления информации. Перечислим их основные классификации:

ѕ по функциональному назначению (характеру решаемых учебно-воспитательных задач);

ѕ принципу устройства и работы;

ѕ роду обучения;

ѕ логике работы;

ѕ характеру воздействия на органы чувств;

ѕ характеру предъявления информации[5].

По функциональному назначению ТСО подразделяют на технические средства передачи учебной информации, контроля знаний, тренажерные, обучения и самообучения, вспомогательные. Кроме того, существуют технические средства, совмещающие функции различного назначения - комбинированные.

Технические средства передачи информации: диапроекторы, графопроекторы, эпипроекторы, магнитофоны, радиоустановки, музыкальные центры (аудиосистемы), проигрыватели, радиоузлы, кинопроекторы и киноустановки, телевизоры, видеомагнитофоны, ПЭВМ и т. п. Отличительной особенностью всех этих технических устройств является преобразование информации, записанной на том или ином носителе, в удобную для восприятия форму.

Технические средства контроля объединяют всевозможные технические устройства и комплексы, позволяющие по определенной программе и заданным критериям с той или иной степенью достоверности оценивать степень усвоения учебного материала. С этой целью используются как старые модификации устройств типа "АМК-2", так и новейшие компьютерные технологии. Контролирующие ТСО бывают индивидуальные и групповые. Они отличаются типом обучающих программ и методом ввода ответа учащихся. По степени сложности ТСО контроля знаний варьируются от простых карт, кассет и билетов автоматизированного контроля до специальных компьютерных программ. Однако применение этих устройств, как показала практика, целесообразно лишь в узких пределах и не может заменить непосредственные контакты учителя с учащимися во время анализа и оценки результатов их работы.

Технические средства обучения и самообучения обеспечивают предъявление учебной информации обучаемым по определенным программам, заложенным в технические устройства, и самоконтроль усвоения знаний. Такие программы подают учебный материал в виде небольших доз, после каждой из которых следует контрольный вопрос. Скорость усвоения материала устанавливается в зависимости от индивидуальных возможностей, потребностей и способностей обучаемого. Обучающие программы бывают линейные, разветвленные и комбинированные. Линейные программы не зависят от правильности ответа по каждой порции материала. Разветвленные программы дают возможность продвигаться по ним только при условии правильного ответа. Если ответ ошибочный, обучаемый возвращается программой к предыдущему материалу до тех пор, пока не будут ликвидированы возникшие пробелы в знаниях и не получены правильные ответы при каждом предъявлении проверяющих вопросов. Комбинированные программы, как ясно из их названия, сочетают оба варианта[6].

Тренажерные технические средства - специализированные учебно-тренировочные устройства, которые предназначены для формирования первоначальных умений и навыков. Использование тренажеров в обучении основано на применении специально разработанных программ действий, составляемых на основе процесса моделирования осваиваемой деятельности. Особенно широко используются в процессе обучения техническим специальностям.

Вспомогательные технические средства объединяют средства малой автоматизации (механизации) и аппараты, используемые для вспомогательных целей: движущиеся ленточные классные доски, устройства для перемещения карт, плакатов; устройства дистанционного управления комплексами ТСО и затемнением предметных кабинетов; радиомикрофоны, микрофонную проводную технику, усилители, полиэкраны, электронные доски и т. п.

К комбинированным техническим средствам (универсальным), выполняющим несколько функций, относятся лингафонные устройства, замкнутые учебные телевизионные системы, компьютерные системы. По принципу устройства и работы ТСО бывают механические, электромеханические, оптические, звукотехнические, электронные и комбинированные.

По роду обучения выделяют технические устройства индивидуального, группового и поточного (для больших групп обучаемых, например, в вузах для целого потока) пользования.

По логике работы ТСО могут быть с линейной программой работы, т. е. не зависеть от обратной связи, и с разветвленной программой, обеспечивающей различные режимы работы в зависимости от качества и объема обратной связи.

По характеру воздействия на органы чувств выделяют визуальные, аудиосредства и аудиовизуальные ТСС).

По характеру предъявления информации ТСО можно разделить на экранные, звуковые и экранно-звуковые средства.

К средствам обучения предъявляют разносторонние требования: функциональные, педагогические, эргономические, эстетические, экономические.

Функциональные - способность аппаратуры обеспечивать необходимые режимы работы (громкость и качество звучания; вместимость кассет аудиовизуальных средств, достаточная для проведения занятия с минимумом перезарядок; универсальность прибора). Педагогические - соответствие возможностей технического средства тем формам и методам учебно-воспитательного процесса, которые согласуются с современными требованиями.

Эргономические - удобство и безопасность эксплуатации; минимальное количество операций при подготовке и работе с аппаратом; уровень шума; удобство осмотра, ремонта, транспортирования.

Эстетические ~ гармония формы (наглядное выражение назначения, масштаб, соразмерность); целостность композиции, товарный вид.

Экономические - относительно невысокая стоимость при высоком качестве и долговечности технических средств.

Функции ТСО в учебно-воспитательном процессе многообразны. Они взаимодополняющие, взаимообусловленные, и выделение их достаточно условно. Не все функции могут быть присущи тому или иному ТСО в полном объеме[7].

Первая из функций ТСО - коммуникативная, функция передачи информации.

Вторая - управленческая, предполагающая подготовку учащихся к выполнению заданий и организацию их выполнения (отбор, систематизация, упорядочивание информации), получение обратной связи в процессе восприятия и усвоения информации и коррекцию этих процессов.

Третья - кумулятивная, т. е. хранение, документализация и систематизация учебной и учебно-методической информации. Это осуществляется через комплектование и создание фоно- и видеотек, накопление, сохранение и передачу информации с помощью современных информационных технологий.

Четвертая - научно-исследовательская функция, связана с преобразованием получаемой с помощью ТСО информации учащимися с исследовательской целью и с поиском вариантов использования технических средств обучения и воспитания педагогом, моделированием содержания и форм подачи информации.

1.3 Положительные и отрицательные стороны применения информационных технологий в процессе обучения

Проблема использования наглядности на уроках истории является "вечной", ибо дети при изучении далекого прошлого имеют дело с объектами, которые в большинстве своем можно только представить или вообразить в своем первозданном виде. Всплеск интереса к этой теме в методической литературе и создание комплектов наглядных пособий для школы пришлись на вторую половину XX века (Г.И. Годер, П.В. Гора, Г.М. Донской, Ф.П. Коровкин, B. C. Мурзаев, Д.Н. Никифоров и др.). С течением времени школы утратили старые пособия и сегодня не имеют возможности приобрести новые, ввиду их отсутствия старые методические разработки по наглядности уже потеряли свою актуальность. Автор данной статьи неоднократно делала предложения ведущим учебным издательствам России по созданию комплектов наглядных пособий, но, к сожалению, они не видят в этом деле коммерческой выгоды, сопоставимой с той, какую приносят учебники и учебная литература.

Учитель истории сегодня должен руководствоваться "подручными" средствами (иллюстрациями в учебниках, картами в атласах, меловыми схемами на доске) и самостоятельно изготавливать объемные наглядные пособия. Учебное кино и телепередачи по истории перестали существовать, их отчасти заменили видео и компьютерная графика, но они есть не во всех кабинетах даже столичных школ. Труднее всего приходится начинающим молодым учителям, которые не видели старых пособий и не всегда имеют возможность воспользоваться современными технологиями. Каждый современный учитель истории, полагаем, задавался еще одним вопросом: интересна ли ученику, часами играющему на персональном домашнем компьютере и просматривающему мультимедиа, та учебная наглядность, которую ему могут предложить в кабинете истории? В то же время есть дети, не имеющие дома компьютера и никогда не державшие в руках иллюстрированных пособий, которыми так богат книжный рынок. В наш век крайнего индивидуализма и дифференциации единственным методическим выходом из сложившейся "ненаглядной" ситуации является, как считает М.В. Короткова, применение личностно-ориентированного подхода в использовании наглядных средств на уроке истории".

Не смотря на трудности, информационные технологии уже широко применяются учителями истории, у которых сложилось своё мнение о положительных и отрицательных сторонах их применения. Этот опыт привлёк внимание представителей педагогический науки. Появилось большое количество исследовательских работ по теме применения информационных технологий. Так, И.Г. Захарова в своей работе "информационные технологии в образовании" положительными сторонами применения ИТО считает:

1. Использование ИТО помогает обеспечить тесное взаимодействие между преподавателем и обучаемым даже в условиях дистанционного образования. ИТО предоставляют самые широкие возможности. Описание творческого процесса, его результаты могут быть представлены и обсуждены на электронной конференции, опубликованы в электронном издании, размешены на Web-caйтe учебного заведения. Например, на смену рукописным тематическим журналам (исторические, литературные и др.) не только в вузах, но и во многих школах, гимназиях, лицеях появляются электронные журналы, для которых нет проблем с тиражированием и распространением. Каждый желающий может ознакомиться с их материалами через Internet, а при отсутствии у учебного заведения своего Web-сайта - через локальную сеть.

2. ИТО расширяют возможности образовательной среды как разнообразными программными средствами, так и методами развития креативности обучаемых. К числу таких программных средств относятся моделирующие программы, поисковые, интеллектуальные обучающие, экспертные системы, программы для проведения деловых игр. Фактически во всех современных электронных учебниках делается акцент на развитие творческого мышления. С этой целью в них предлагаются задания эвристического, творческого характера, ставятся вопросы, на которые невозможно дать однозначный ответ, и т.д. Коммуникационные технологии позволяют по-новому реализовывать методы, активизирующие творческую активность. Обучаемые могут включиться в дискуссии, которые проводятся не только в аудитории или классе, но и виртуально, например на сайтах периодических изданий, учебных центров. В выполнении совместных творческих проектов могут участвовать учащиеся различных учебных заведений.

3. Новое содержание образовательной среды создает и дополнительные возможности для стимулирования любознательности обучаемого. Одним из таких стимулов является возможность удовлетворить свое любопытство, благодаря широчайшим возможностям глобальной сети Internet предоставляется доступ к электронным библиотекам (научно-техническим, научно-методическим, справочным и т.д.), интерактивным базам данных культурных, научных и информационных центров, энциклопедиям, словарям. Через Internet обучаемый может обратиться с вопросом по заинтересовавшей его проблеме не только к своему наставнику, но и к ведущим отечественным и зарубежным специалистам, вынести его на обсуждение в электронной конференции или чате. Само разнообразие информации, предлагающейся в образовательной среде, интегрированной в мировое информационное пространство, помогает педагогу подвести обучаемых к поиску собственного взгляда на суть изучаемой проблемы. Развитию любознательности обучаемых, привитию интереса к поисково-исследовательской деятельности помогает также возможность работы в виртуальных научных лабораториях, проведение компьютерных экспериментов с помощью моделирующих программ.

4. Создаваемые на сайтах учебных заведений персональные web-страницы педагогов предоставляют дополнительные возможности и для того, чтобы открыть обучаемым "дверь" в свою творческую мастерскую. На таких страницах можно показать не только учебные материалы, но и свои научные публикации, проспекты проводимых исследований, лучшие работы "учеников, превзошедших учителя". Выход в мировое информационное пространство позволяет увидеть множество образцов креативности: на сайтах, рассказывающих о деятельности научно-исследовательских центров и отдельных научно-исследовательских институтов; в материалах электронных научных журналов и конференций; результатах конкурсов творческих проектов и дистанционных олимпиад; на персональных web-страницах учащихся, студентов, преподавателей, ученых всего мира[8].

Персональный компьютер можно использовать как универсальное техническое средство обучения (ТСО). Такое ТСО позволяет упорядоченно хранить огромное количество материала и готовых разработок уроков.

Систематическое использование персонального компьютера на уроках приводит к целому ряду любопытных последствий:

1.Повышение уровня использования наглядности на уроке.

2.Повышение производительности труда.

3.Установление межпредметных связей с информатикой.

4.Появляется возможность организации проектной деятельности учащихся по созданию учебных программ под руководством учителей информатики и истории.

5.Учитель, создающий, или использующий информационные технологии, вынужден обращать огромное внимание подачи учебного материала. Что положительным образом сказывается на уровне знаний учащихся.

6.Изменяется к лучшему взаимоотношения с учениками далекими от истории, особенно с увлеченными компьютерами. Они начинают видеть в учителе "родственную душу".

7.Изменяется, особенно у 5-7-классников, отношение к компьютеру, как к дорогой, увлекательной игрушке. Ребята начинают воспринимать его в качестве универсального инструмента для работы в любой области человеческой деятельности[9].

Использование новых информационных технологий способно существенно углубить содержание материала, а применение нетрадиционных методик обучения может оказать заметное влияние на формирование практических умений и навыков учащихся в освоении исторического материала.

Вместе с тем существует достаточное количество проблем связанных с внедрением ИТО в образовательный процесс и их негативное влияние на успехи учеников, психологическое и физическое здоровье школьников. Среди них:

1) сложность восприятия больших объемов информации с экрана дисплея;

2) отсутствие непосредственного и регулярного контроля над ходом выполнения учебного плана;

3) нарушение взаимодействия учитель-ученик.

Так как компьютер не может заменить полностью учителя, только учитель имеет возможность заинтересовать учащихся, побудить в них любознательность, завоевать их доверие, направить их на те или иные аспекты изучаемого предмета, вознаградить за усилия и заставить учиться.

Не смотря на эти проблемы нельзя не отметить, что информационные технологии:

1) формируют высокую степень мотивации, повышают интерес к процессу обучения;

2) повышают интенсивность обучения;

3) позволяют достигнуть индивидуализации обучения;

4) обеспечивают объективность оценивания результатов;

5) увеличивают долю самостоятельной работы.

2. Программы компьютерного моделирования

2.1 Основные сведения о программах компьютерного моделирования

Модель - материальный объект, система математических зависимостей или программа, имитирующая структуру или функционирование исследуемого объекта.

Моделирование - представление различных характеристик поведения физической или абстрактной системы с помощью другой системы.

Математическое моделирование - метод исследования процессов и явлений на их математических моделях.

Изучение компьютерного математического моделирования открывает широкие возможности для осознания связи информатики с математикой и другими науками - естественными и социальными. Компьютерное математическое моделирование в разных своих проявлениях использует практически весь аппарат современной математики.

Компьютерная графика - раздел информатики, занимающийся проблемами создания и обработки на компьютере графических изображений.

Само понятие компьютерной графики включает в себя следующие основные понятия: разрешение экрана; разрешение принтера разрешение изображения; физический размер изображения; цветовое разрешение; цветовая модель; цветовая палитра.

В зависимости от способа формирования изображений компьютерную графику принято подразделять на растровую, векторную и фрактальную.

Отдельным предметом считается трехмерная (3D) графика, изучающая приемы и методы построения объемных моделей объектов в виртуальном пространстве. Как правило, в ней сочетаются векторный и растровый способы формирования изображений.

Особенности цветового охвата характеризуют такие понятия, как черно-белая и цветная графика. На специализацию в отдельных областях указывают названия некоторых разделов: инженерная графика, научная графика, Web-графика и прочие.

Цветность изображения характеризуется цветовой моделью и цветовым разрешением. Под цветовой моделью понимают способ разделения цвета на основные компоненты. В наиболее простой цветовой модели, используемой в мониторах и цветных телевизорах, любой цвет считается состоящим из трех основных компонентов: красного, зеленого и синего цветов, смешанных в определенной пропорции. Совмещение трех основных компонентов в равной пропорции дает белый цвет. В такой модели цвет ячейки растра можно изобразить вектором, исходящим из начала координат в пространстве трех основных цветов. При этом проекции вектора дают относительный вклад основных цветов, а его модуль -- интенсивность цвета. К трем основным цветам обычно добавляют для удобства еще черный цвет (цвет экрана). Имеются и другие цветовые модели.

Под цветовым разрешением, или глубиной цвета, понимается метод кодирования цветовой информации. И от него зависит, сколько цветов на экране может воспроизводиться одновременно. Таблица данных, в которой хранится информация о том, каким кодом закодирован тот или иной цвет, именуется цветовой палитрой[10].

Для обработки изображений на компьютере используются специальные программы -- графические редакторы - это программы создания, редактирования и просмотра графических изображений. Графические редакторы можно разделить на три группы: растровые, векторные, трехмерные.

В основном программы специализируются на своей категории, но существует ряд программ, которые могут видоизменять, например, растровую графику в векторную - векторизаторы (это достаточно сложный процесс), или наоборот - растеризаторы, наиболее распространены.

Также необходимо знать, что бывают программы, которые можно скачать свободно, а есть ряд программ, которые защищены авторскими правами и использование их без лицензий противозаконно.

К программам, находящимся в свободном доступе, относятся, например:

ѕ Tux Paint 0.9.21-детский графический редактор

ѕ Blender

ѕ Gimp

ѕ Inkscape

Коммерческие программы и авторские программы:

ѕ CorelDraw

ѕ Corel Photo Paint

ѕ Adobe Photoshop

ѕ Adobe Illustrator

ѕ PhotoeXpress

ѕ ACDSee

ѕ 3D Studio Max

ѕ Maya[11].

Моделирование - один из самых мощных методов познания окружающего нас мира. С давних времен этот метод применялся при постройке зданий и сооружений, для предсказывания явлений природы, установления законов и т. п. Трудно сейчас назвать область деятельности человека, где бы не применялось моделирование[12].

Моделирование как научный метод стал предметом обобщения и анализа начиная с 40-х годов XX века. Вначале появилось не совсем четкое представление о некоем объекте-заместителе, материальном или идеальном, который при определенных условиях может заменять исходный объект-оригинал, воспроизводя некоторые характеристики, свойства и отношения, присущие последнему.

Преимущества объекта-заместителя заключаются в его доступности, обозримости в пространстве и времени, наглядности и неограниченных возможностях для экспериментирования.

ЭВМ позволяют исследовать эти свойства при возможных вариациях параметров, входящих в модель, определять ее вероятностные характеристики, находить оптимальные параметры и решать другие задачи.

Любой материальный объект характеризуется бесчисленным множеством свойств, признаков и характеристик, но наши знания о материальном объекте конечны и относительны на любом этапе развития.

Иногда для решения частных задач вводятся еще большие ограничения и допущения, которые упрощают известные теории и законы. В этом случае появляются модели моделей, в которые переходят все допущения и ограничения исходных моделей.

Компьютерное моделирование, возникшее как одно из направлений математического моделирования с развитием информационных компьютерных технологий стало самостоятельной и важной областью применения компьютеров. В настоящее время компьютерное моделирование в научных и практических исследованиях является одним из основных методов познания. Без компьютерного моделирования сейчас невозможно решение крупных научных и экономических задач. Выработана технология исследования сложных проблем, основанная на построении и анализе с помощью вычислительной техники математической модели изучаемого объекта. Такой метод исследования называется вычислительным экспериментом. Вычислительный эксперимент применяется практически во всех отраслях науки - в физике, химии, астрономии, биологии, экологии, даже в таких сугубо гуманитарных науках как психология, лингвистика и филология, кроме научных областей вычислительные эксперименты широко применяются в экономике, в социологии, в промышленности, в управлении. Проведение вычислительного эксперимента имеет ряд преимуществ перед так называемым натурным экспериментом:

ѕ для ВЭ не требуется сложного лабораторного оборудования;

ѕ существенное сокращение временных затрат на эксперимент;

ѕ возможность свободного управления параметрами, произвольного их изменения, вплоть до придания им нереальных, неправдоподобных значений;

ѕ возможность проведения вычислительного эксперимента там, где натурный эксперимент невозможен из-за удаленности исследуемого явления в пространстве (астрономия) либо из-за его значительной растянутости во времени (биология), либо из-за возможности внесения необратимых изменений в изучаемый процесс[13].

В этих случаях и используется КМ. Также широко используется КМ в образовательных и учебных целях. КМ - наиболее адекватный подход при изучении предметов естественнонаучного цикла, изучение КМ открывает широкие возможности для осознания связи информатики с математикой и другими науками - естественными и социальными. Учитель может использовать на уроке готовые компьютерные модели для демонстрации изучаемого явления, будь это движение астрономических объектов или движение атомов или модель молекулы или рост микробов и т.д., также учитель может озадачить учеников разработкой конкретных моделей, моделируя конкретное явление ученик не только освоит конкретный учебный материал, но и приобретет умение ставить проблемы и задачи, прогнозировать результаты исследования, проводить разумные оценки, выделять главные и второстепенные факторы для построения моделей, выбирать аналогии и математические формулировки, использовать компьютер для решения задач, проводить анализ вычислительных экспериментов. Таким образом, применение КМ в образовании позволяет сблизить методологию учебной деятельности с методологией научно-исследовательской работы, что должно быть интересно вам, как будущим педагогам.

Понятие моделирования - это очень широкое понятие, оно не ограничивается только математическим моделированием. Истоки моделирования обнаруживаются в далеком прошлом. Наскальные изображения мамонта, пронзенного копьем, на стене пещеры можно рассматривать как модель удачной охоты, созданную древним художником.

Элементы моделирования часто присутствуют в детских играх, любимое занятие детей - моделировать подручными средствами предметы и отношения из жизни взрослых. Взрослеют дети, взрослеет человечество. Человечество познает окружающий мир, модели становятся более абстрактными, теряют внешнее сходство с реальными объектами. В моделях отражаются глубинные закономерности, установленные в результате целенаправленных исследований. В роли моделей могут выступать самые разнообразные объекты: изображения, схемы, карты, графики, компьютерные программы, математические формулы и т.д. Если мы заменяем реальный объект математическими формулами (допустим, согласно 2 закону Ньютона, опишем движение некоторого тела системой нелинейных уравнений, или, согласно закону теплопроводности опишем процесс распространения тепла дифференциальным уравнение 2 порядка), то говорят о математическом моделировании, если реальный объект заменяем компьютерной программой - о компьютерном моделировании.

Но что бы ни выступало в роли модели, постоянно прослеживается процесс замещения реального объекта с помощью объекта-модели с целью изучения реального объекта или передачи информации о свойствах реального объекта. Это процесс и называется моделированием. Замещаемый объект называется оригиналом, замещающий - моделью.

В технологии компьютерного моделирования можно выделить следующие основные понятия.

Модель - искусственно созданный объект, который воспроизводит в определенном виде реальный объект - оригинал.

Компьютерная модель - представление информации о моделируемой системе средствами компьютера.

Система - совокупность взаимосвязанных элементов, обладающих свойствами, отличными от свойств отдельных элементов.

Элемент - это объект, обладающий свойствами, важными для целей моделирования. В компьютерной модели свойства элемента представляются величинами - характеристиками элемента.

Связь между элементами описывается с помощью величин и алгоритмов, в частности вычислительных формул.

Состояние системы представляется в компьютерной модели набором характеристик элементов и связей между элементами. Структура данных, описывающих состояние, не зависит от конкретного состояния и не меняется при смене состояний, меняется только значение характеристик.

Если состояния системы функционально зависят от некоторого параметра, то процессом называют набор состояний, соответствующий упорядоченному изменению параметра. Параметры в системе могут меняться как непрерывно, так и дискретно. В компьютерной модели изменение параметра всегда дискретно. Непрерывные процессы можно моделировать на компьютере, выбирая дискретную серию значений параметра так, чтобы последовательные состояния мало чем отличались друг от друга, или, другими словами, минимизируя шаг по времени.

В свете введенных определений можно дать более строгие определения некоторым классам моделей.

Статистические модели - модели, в которых предоставлена информация об одном состоянии системы.

Динамические модели - модели, в которых предоставлена информация о состояниях системы и процессах смены состояний. Оптимизационные, имитационные и вероятностные модели являются динамическими моделями.

В оптимизационных и имитационных моделях последовательность смены состояний соответствует изменению моделируемой системы во времени. В вероятностных моделях смена состояний определяется случайными величинами.

Моделирование начинается с объекта изучения. На 1 этапе формируются законы, управляющие исследованием, происходит отделение информации от реального объекта, формируется существенная информация, отбрасывается несущественная, происходит первый шаг абстракции. Преобразование информации определяется решаемой задачей. Информация, существенная для одной задачи, может оказаться несущественной для другой. Потеря существенной информации приводит к неверному решению или не позволяет вообще получить решение. Учет несущественной информации вызывает излишние сложности, а иногда создает непреодолимые препятствия на пути к решению. Переход от реального объекта к информации о нем осмыслен только тогда, когда поставлена задача. В тоже время постановка задачи уточняется по мере изучения объекта. Т.о. на 1 этапе параллельно идут процессы целенаправленного изучения объекта и уточнения задачи. Также на этом этапе информация об объекте подготавливается к обработке на компьютере. Строится так называемая формальная модель явления, которая содержит: