автореферат и диссертация по педагогике 13.00.02 для написания научной статьи или работы на тему: Компьютерное моделирование в учебном процессе (Проектирование и использование имитационных программ)

Автореферат диссертации по теме "Компьютерное моделирование в учебном процессе (Проектирование и использование имитационных программ)"

РОСИйСКАЯ АКАДЕМИЯ ОБРАЗОВАНИЯ НАУЧНО - ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ СРЕДСТВ ОБУЧЕНИЯ И УЧЕБНОЙ КНИГИ

На правах рукописи

РАЗУМОВСКАЯ Нина Вячеславовна

КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ (Проектирование И использований имитационных программ»

13.00.02 - методика Преподавания информатики

АВТОРЕФЕРАТ диссертаций на соискание ученой степени кандидата' педагогическ'их наук

МОСКВА - 1992

Pacora выполнена в Научно-исследовательском института средств обучения и учебной книги Росийской академии образования

Научный руководитель I . член-корр. ЛПН, доктор педагогических

наук, профессор Монахов В.М.

Официальные оппоненты : доктор педагогических наук

Кузнецов Э.И. кандидат технических наук Киселев Б.Г.

\

Ведущее учреждение: ' Государственный педагогический университет имени А.И.Герцена,' Санкт- Петербург

Защита диссертации состоится •" 19."___(Л ___1992г.

в часов на заседании Специализированного совета

К 018.06.04 в НИИ овщего среднего образования АПН по адресу ул. Космонавтов, 1В

С диссертацией можно ознакомиться в Библиотеке НИИ " овщего среднего образования АПН

Автореферат разослан "]§-"_________1992г.

/ I

/

Ученый секретарь ' /

у

Специализированного совета 1 А.С.Лесневский

ОЕЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ИССЛЕДОВАНИЯ.

В настоящее время общеобразовательная школа многих стран мира переживает период реформ. Это обусловлено новыми требованиями к личности человека в условиях ускорения научно-технического и социального прогресса. Проблема развития интеллектуаоь-ных способностей тесно смыкается с проблемой информатизации образования, с разработкой и использованием новых информационных технологий обучения, способствующих развитию мышления учащихся.

Идея развития познавательных способностей учащихся, развития мышления лежит в основе концепций компьютерного образования ведущих отечественных и зар-убежны* научных и учебных центров: института Общего среднего образования, института Средств обучения и учебной книги Академии педагогических наук. Технического педагогического исследовательского центра — TERC (Кембридж), Центра педагогической технологии Гарвардского университета <США), Королевского колледжа и Чельси колледжа (Великобритания) .

В развитие этого направления внесли свой вклад участники семинара "Компьютер и образование", работавшего с 1985г. под руководством Велихова Е.П. и Разумовского В.Г., участники проекта "Пилотные школы", под руководством Киселева Б.Г'. Дидактические и методические аспекты проблемы представлены в работах Монахова В.М., Кузнецова A.A., Извозчикова В.А., Сергеевой Т.А., Роверт И.В., Полат Е.С., Белошапка В.А., Лесневского A.C. и др. Психолого—педагогические аспекты — в работа;; Рубцова В.В., Машбица Е.И., Тихомирова О.К и др.

Исследованию вопросов использования ЭВТ в учебном процессе выл посвящен ряд диссертационных работ. Возможности применения компьютеров для совершенствования методики преподавания некоторых тем шкальных курсов математики,. физики, геонетрии выли исследованы в работах Ашкинузе Е.В. , Шавада М.Б., Якобсон П.П. и др. Проблемам совершенствования физического образования в условиях широкого использования ЭВМ посвящено исследование Лаптева В.В. Дидактические требования к учебным компьютерным моделям и вопросы построения конкретных математических моделей рассмотрены в работе Фокина М.Л. Возможности активизации познавательной деятельности учащихся на уроках информатики при использовании

компьютера рассматривалась в равоте Семеновой З.В. Психологические аспекты F-азравотки программных ср-едств учебного назначения — в равоте Высоцкой Е.Б. Структура, функции обучающих ППС исследовались в работе Струковой Л.А..

Достаточно четко просматривается тенденция реализации исследовательского подхода, ставящего целы« повышение творческой активности, развитие мышления детей при использовании компьютера как средства обучения, в работах известных зарубежных ученых-педагогов, среди которых! А.Борк, Е.Тейлор (США), Дж. Огворн, (Великобритания), разрабатывающие моделирующие программы, программные среды и системы динамического моделирования; сотрудники технических педагогических центров, внедряющие новые методы лабораторных исследований на вазе компьютерных лавора-торий (MBL) Р.Тинкер, Р.Торнтон и др.; С. Пейперт - автор системы ЛОГО; участники проектов "Компьютерное моделирование в учебном процессе", "MODUS" (Великовритания) М. Кокс, Б. Тегг, Д. Хассел, М. Вебе и .др.

Тем не менее, несмотря на ряд достижений в развитии учебного программного Обеспечения для ПЭВМ первого поколения, нельзя говорить о существовании целостной методологии разработки моделирующих программ, направленной на развитие учащихся, их познавательных Способностей, приобретение новых навыков и умений мышления, в то х:е время, опирающейся на современные средства и методы программной инженерии. Анализ публикаций, исследований и разработок учевного программного обеспечение показывает, что теоретические основы информационной технологии обучения пока только закладываются, достичь педагогической целесообразности удается далеко не всегда, в том числе и при использовании компьютерного моделирования как метода Обучения (Борк А., Вильяме Р., Кокс М. Монахов В.М-, Сергеева Т.А. и др.)

Основными недостатками разработки моделирующих программ для ПЭВМ первого поколения мы считаем:

- отсутствие целостного подхода к проектированию и разработке моделирующих программ с учетом их особенностей как педагогических и как программных средств;

- отсутствие системы принципов формирования и развития познавательной Сферы учащихся, разработанных с учетом специфики учев-

ного компьютерного моделирования;

— непроравотанность типовых структур, моделирующих программ, учитывающие многос-зкторность реального учееного процесса.

Всесоюзной экспертной комиссией по оценке качества педагогических программных средств общего среднего образования страны' за период ее равоты с 1987г. по 1990г. не выло рекомендовано для тиражирования в массовую школу ни одной мадолирующей программы по общеобразовательным предметам (исключая курс ПИВТ, где подобные программы служили скорее для демонстрации возможностей моделирования на ПЭВМ). Аналогичная ситуация слоя-илась н> мировой практике — моделирование в учебном программном обеспечении занимает восьмое место по распространению, кесмотр-я на его зна-чительний ОБщеоБразовательный потенциал.

АКТУАЛЬНОСТЬ исследования опрс?деляется социальным заказом на качественно новую модель подготовки вудуачк членов информационного общества, обеспечивающую активное овладение научной картиной мира, развитие интеллектуальных спосовностей.

ПРОБЛЕМА нашего исследования определяется наличием несоответствия между потенциальными возможностями компьютерного моделирования как метода обучения, современными запросами школы и практическими результатами реализации моделирующих функций компьютера в учебном процессе.

Исходя из этого, мы избрали ОБъЕКТОМ нашего исследования процесс использования моделирующих функций компьютера в Обучении.

В качестве ПРЕДМЕТА исследования выступают принципы создания, структура, функции, методы создания и использования имитационных программных средств для курсов информатики и естественно-научного цикла.

ЦЕЛЬЮ исследования является разработка методологии проек-тирования педагогически целесообразных моделирующих программ.

В работе мы исходили из следующей ГИПОТЕЗЫ. Реализация потенциальных возможностей компьютерного моделирования как метода обучения для Обеспечения современных требований школы может быть достигнута, если:

подход к проектированию моделирующих программ будет основан на принципах развития интеллектуальных спосовностей учащихся, кри-

териях дидактической и методической значимости; Будет обеспечивать управляемость процесса разработки, технологичность программ, вариативность их использования б учевном процессе.

Б соответствии с целью и выдвинутой гипотезой в исследовании решались следующие ЗАДАЧИ;

1. Обосновать принципы и критерии разработки моделирующие программ с учетом их специфики как педагогических, так и программных сре-дс тв.

2. Разработать логическую организацию процесса проектирования моделирующих программ.

3. Опр-еделить типовую структуру имитационных программ, разработать методику описания имитационных модулей.

4. Разработать программную систему имитационного моделирования (на примере школьного физического эксперимента) и проверить возможности ее использования в учебно-воспитательном процессе.

МЕТОДОЛОГИЧЕСКАЯ ОСНОВА.

Исследование опирается на работы б области педагогики, психологии, программной инженерии. В психологическом аспекте основой является — теория мышления как функционирование интеллектуальных операций, представленная Объединенной теорией интеллекта Гилфорда Ди:; в дидактическом аспекте — результаты исследований, выполненных в АПН СССР в 1985—1992гг.; в технологическом аспекте - концепция жизненного цикла разработки программного обеспечения; в методическом аспекте — теория эффективной организации учебной деятельности.

В исследовании использовались следующие МЕТОДЫ: — теоретический анализ философской, психологической, педагогической, технической, методической, нормативно-методической литературы с целью выявления состояния проблемы; — изучение опыта разработки и использования отечественных и зарубежных педагогических программных средств; анализ программных средств и систем, используемых в учебном процессе с целью' выявления состояния и путей решения проблемы; — изучение документации: проектной, сопроводительной, методической, нормативной к программным средствам; - наблюдение за работой учащихся при использовании компьютерного моделирования; —анкетирование, беседа, экспертная оценка; - педагогический эксперимент.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА исследования заключается в сжтезации доминирующего до настоящего времени эмпирического подхода к учебному компьютерному моделированию с теоретическим подходом, направленным на развитие мышления учащихся, основанном на концепции жизненного цикла программного обеспечения, что определяет качественно новый уровень компьютерного моделирования — уровень информационно"! технологии обучения.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ исследования состоит в том, что раэравотанная методология проектирования, включающая логическую организацию, принципы разработки, критерии эффективности, методы создания, структуру программной системы имитационного моделирования, методику описания имитационные модулей, позволяет подчинить технологические решения целям достижения педагогической значимости, развития мыслительных способностей учащихся.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ исследования состоит в том, что разработанный подход, обеспечивая управляемость процесса проектирования, позволяет поднять производительность разравотки про— граммно-методически* средств моделирования в курсах информатики и естественно-научного цикла, Обеспечить переносимость, модифицируемость и развитие поделирующи программ; создает вазу для дальнейшего совершенствования технологии учебного компьютерного моделирования. Разработанные в ходе исследования программно-методические средства внедрены в практику работы школы (тиражированы или рекомендованы для тиражирования в школы страны).

НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ :

1. Методология проектирования средств учебного компьютерного моделирования, направленная на развитие, познавательной сферы учащихся, опирающаяся на концепцию жизненного цикла программного овоспечения, типовые структуры моделирующих программ, нисходящее модульное проектирование, формализованное описание программных модулей, обеспечивающая вариативность использования моделирующих программ в учееном процессе.

2. Принципы разработки средств учебного компьютерного моделирования, ориентированные на формирование индивидуальных интеллектуальных способностей учащихся; критерии критерии дидактической и методической эффективности.

3. Структура и методика использования системы имитационного моделирования школьного эксперимента (на примере опыта Милликена) АПРОРАЦИЯ И ВНЕДРЕНИЕ результатов исследования. Результаты исследования обсуждались на заседаниях лаборатории ИВТ НИИ СОиУК АПН СССР <1986-1990гг.), на научно-практических конференциях молодых учены« НИИ СОиУК АПН СССР (1987,1989гг.), на секции "Программные средства обучения" Всесоюзного семинара "Компьютер и образование" (1986г.), Всесоюзной научно-практической конференции "ЗВТ в преподавании дисциплин физического цикла" (Омск, 1987г.), на Всесоюзном семинаре—совещании "Компьютер в учебном процессе" (Ташкент, 1989г.).

Внедрены в практику работы общеобразовательной школы в период 1985-1991гг.: программа практических занятий (практикума) по курсу ОИВТ, 1986; практикум по курсу ОИВТ, 19В7г. (в со-авт. ) ; тирал:ирование программно-методического обеспечения на Базе лаборатории НИИ СОиУК АПН СССР (1987г.). Программно-методическое Обеспечение для ПЭВМ АГАТ (бронзовая медаль ВДНХ СССР, 1985г.); тиражирование на базе ВДНХ СССР (1985г.). Программно-методическое обеспечение для ПЭВМ ЯМАХА (программа "NOM" в составе пакета "ИН4'0РМАТИКА-86") ; тиражирование для школ страны (1986г.), Программно-методический комплекс "Информатика-87" (серебряная медаль ВДНХ СССР, 1989г., в соавт.); тиражирование для школ страны (1989г.). Программно-методическая система имитационного моделирования эксперимента "Опыт Милликена" (серебряная медаль ВДНХ СССР, 1991г.).

Внедрены в учебный процесс курсов повышения квалификации работников народного образования : ОИВТ для подготовки работников народного образования (спецкурс -36 часов): методические рекомендации для преподавателей, 1988г; ОИВТ для подготовки работников народного образования (спецкурс —36 часов!:.методические рекомендации для слушателей, 19В9г. (в соавт.)

СТРУКТУРА И ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Диссертация состоит из введения, двух глав, заключения, еивлнографии, списка программных средств. Содержание диссертации изложено на 191 страницах; 21 рисунок, 10 таблиц, список литературы из 236 наименований.

Во введении выделена главная задача современного

этапа информатизации образования - смена стратегии разработки, изменение концептуальной базы учебных программ, основанной в настоящее время, главным образом, на репродуктивной активности обучаемого. Показана актуальность исследования, его цель и задачи обосновываются новизна, теоретическая и практическая зна-' чимость.

В первой главе "ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ПРАКТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ УЧЕБНОГО КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ" синтезируются результаты эмпирического и теоретически обоснованного подходов к разработке средств учебного компьютерного моделирования.

Анализ опыта, исследований по пробпеме, выявив неразрабо-ность теоретических основ учебного компьютерного моделирования, как метода обучения, недостатки, характерные для моделирующих программ первого десятилетия, показал необходимость целостного подхода к созданию технологии учебного моделирования.

Разработанная нами методология проектирования средств учебного компьютерного моделирования, основываясь на совокупности принципов дидактического, психолого—педагогического VI технологического порядка, направлена на развитие познавательных способностей учащихся и опираете я на современные средства программной инженерии, обеспечивая как педагогическую, так и технологическую перспективу разработки.

Ориентируясь на активную форму получения знаний, на творческую самостоятельную деятельность, рассматривая компьютер как средство исследования в учебном процессе, Базируясь на исследованиях проводимых в АПН СССР в 19В5-19?1г., мы.исходим из следующих принципов дидактического порядка:

1. Целенаправленное формирование и развитие познавательной Сферы, индивидуальных интеллектуальных способностей учащихся -ведущий принцип разработки средств учебного компьютерного моделирования.

2. Активность самого учащегося: ориентация на активную форму приобретения знаний.

3. Компьютер - инструмент исследования, постижения закономерностей, Обеспечивающий сочетание образовательной и развивающей Функции Обучения.

4. Интерактивная среда моделирования - необходимое условие?

Обеспечения свободной, творческо-поисковой деятельности учащихся. В основе организации среды — язык взаимодействия, который опирается на разделение образного, знакового, содержательного аспектов, уплотнение информации, синхронную контаминацию.

5. Информационна я полнота и операциональная полнота - основные характеристики интерактивной среды моделирования. Полнота описания конкретной овласти знания для освоения, творческого преобразования предметного содержания и продуцирования нового знания при проведении исследования.

6. Функциональная замкнутость. Дополнение интерактивной исследовательской среды исчерпывающим набором сервисных функций для обеспечения гибкости познавательных стратегий.

7. Адаптация к условиям конкретного учебного процесса (вариативность использования).

Анализ исследований по проблеме позволил выявить, с одной стороны, потенциальные возможности использования ср-едств учебного компьютерного моделирования для развития познавательных способностей учащихся, развития исследовательских и конструкторских навыков, с другой стороны, отсутствие психолого-педагогического основания, учитывающего специфику компьютерного моделирования.

В своем исследовании, мы опираемся на Объединенную теорию интеллекта Дж. Гилфорда (University of Sathern, California, USA, 1955—1965), ориентированную на выделение элементарных мыслительных способностей (интеллектуальных факторов), характеризующих интеллектуальную деятельность человека. Разработанная в исследовании концепция формирования индивидуальных интеллектуальных факторов учащихся в процессе компьютерного моделирования, учитывает, во—первых, степень их значимости в познаватель-ной деятельности, во—вторых, специфику компьютерного моделирования, связанную с возможностью представления и преобразования информации. Основываясь на исследованиях, проведенных Гилфордом Дж., на первое место по значимости выдвигаем факторы, связанные с операциями конвергенции, дивергенции, когнитивного мышления. Обладающие наибольшим весом среди мыслительных операций. Учитывая возможности компьютера для представления информации в различной форме — в виде таблиц, графиков, диаграмм, схем, иэовра-

жений, в виде цифровых, текстовых, символьных структур, опираемся на разделение образного, символьного и семантического представления содержания, имеющих примерно равное значение в мыслительной деятельности. Кроме того, учитывая специфику компьютерного моделирования, связанного с представлением и преобразованием объектов, измененением параметров и условий протекания процессов, выдвигаем адекватные формы продуктов умственной деятельности, связанные с трансформацией и установлением взаимосвязей.

Таким образом, ис*одя из выделенных категорий, степени их значимости и возможностей компьютерного моделирования мы определяем интеллектуальные факторы, формирование которых ставим задачей ученного компьютерного моделирования. На этой основе выдвигаем две группы принципов: первая ориентирована на формирование и развитие факторов, связанных с категорией трансформации. Вторая — на формирование и развитие факторов,' связанных с категорией взаимосвязи. К первой группе- относим принципы: визуализации, кодирования, концептуализации, реализуемые на трех уровнях: уровне воспроизведения; уровне переопределения; уровне продуцирования. Ко второй группе относим принципы: образной взаимосвязи, символической корреляции, смысловой ассоциативности, реализуемые на уровнях установления, уровне выявления и уровне выдвижения.

Анализ литературы по теории и технологии проектирования программного обеспечения позволил выделить технологическе принципы, реализация которых обеспечивает педагогическое качество, переносимость, преемственность, развиваемость программ, снижение трудовых и временных затрат:

- последовательная реализация отдельных этапов жизненного цикла программного Обеспечения;

- иерархическое описание программ;

- построение типовых структур систем на основе формализованного их описания ;

- модульный подход к создании) программных средств.

Выдвинутые принципы являются одной из составляющих разработанной методологии проектирования, связанной с этапом пред-проектного анализа.

Анализ опыта разработки, нормативно-технической и методической документации позволил выявить :

— принципиальные отличия средств компьютерного моделирования от программ с заданной логической структурой, с фрагментарным представлением информации. Их специфика связана с реализацией вычислительного процесса при ограниченном времени реакции на входное воздействие, с реализацией управляющего процесса при использовании аппарата интерактивной динамической машинной графики, что тревует опоры на современную методологию проектирования и разработки систем реального времени;

- преобладание в отечественной практике создания и использования учевных программных средств узконаправленного подхода, который характеризуете я узкоочерчемными: — методической целью, — содержанием, - областью применения. Непродуктивность его обусловлена ориентацией на единичный программный продукт, настроенный на конкретную задачу и исполнителя;

Разработанная нами методология проектирования средств учебного компьютерного моделирования основана на модели жизненного цикла, Обеспечивающей поэтапный процесс создания, технологичность программных средств, управляемость процесса разработки.

Мы выделяем начальные этапы модели жизненного цикла, связанные с проектированием программных систем, включая:

I. Предпроектный анализ, предварительное планирование.

II. Разработка и анализ системных требований.

III. Разработка системного проекта (разработка функциональной структуры, развиение на подсистемы).

IV. Раэравоткп требований к функциональным компонентам системы.

V . Проектирование модулей.

I. Этап предпроектного анализа. Выходом его является формирование целей разработки, создание первичной модели организации системы.

Мы выдвигаем, наряду с образовательной целью , цель развития мыслительных способностей в процессе учебного компьютерного моделирования, а также достижение дидактической, методической и технологической значимости моделирующих программ. Первичная мо-

дель организации системы учебного компьютерного моделирования, определяется разработаными методологическими, психолого-педагогическими принципами, технологическими принципами. II. Этап раэравотки и анализа системных требований. Основные результаты: разработка общих требований и критериев качества.

На основе анализа зарубежного опыта, отечественных исследований по проблеме определены критерии дидактической значимости моделирующих программ:

— возможность проведения исследований, которые ранее выли не возможны;

— увеличение широты и глубины изучения материала, за счет:

— увеличения числа опытных данных необходимых для понимания и вывода закономерностей;

— взаимодействия с наглядной динамической модель», предваряющей или сопровождающей реальные опыты;

— возможность планирования и выполнения исследований, которые«

— используют реальные научные методы;

— основываются на важных математических моделях, применяемых. школьниками многие годы.

Определены критерии отбора содержания моделирующих программ: — эксперименты, которые трудны, дороги, опасны для учебных целей; — реальный процесс протекает слишком быстро или слишком медленно, — моделируются объекты микро или макромира, — имеющиеся измерительные приборы оказывают влияние на чистоту эксперимента; - сложные разделы курсов, где использование компьютера может повысить эффективность обучения.

Определены критерии методической значимости. Установлено, что наибольшей методической значимостью обладают программные средства, способствующие овией педагогической идее: охватывающие материал определенных тем и разделов учебных курсов, инструментальные средства, используемые в течение всего периода обучения, а также программы, открывавающие простор для индивидуального творчества преподавателя, позволяющие применять различные методические приемы, программы которые могут выть использованы для работы индивидуально, небольшими группами или для демонстрации.

Этап, связанный с разработкой системного проекта рассматри-

вается во второй глав е : " МЕТОДИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ СОЗДАНИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СРЕДСТВ УЧЕБНОГО КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ", которая посвящена вопросам систематизации учевного компьютерного моделирования, проектирования имитационных программ; разработке и использованию системы имитационного моделирования школьного эксперимента.

III. Этап проектирования (разработка системного проекта). Выходом является структура системы, разбиение на функциональные компоненты.

При разработке структуры системы имитационного моделирования опираемся на типологию моделирующих программ. Исходя из опыта разработки, учитывая дидактические цели и технологию разработки, выделяем следующие типы средств учевного компьютерного моделирования, различающиеся по составу и структуре: имитационные программы, имитационные среды, системы динамического моделирования, моделирующие программы, интегрированные системы моделирования.

На основе разработанной типологии, а также принципов функциональной замкнутости и вариативности использования определяем состав системы имитационного моделирования эксперимента, включающий подсистемы: управления, имитационного моделирования, информационную, вычислительную, сервисную. Ориентируясь на неподготовленного пользователя, исходя из требований минимальной иерархичности и возможностей первого поколения персональных компьютеров, представляем систему для учащегося/учител^ десятью независимыми режимами. Подсистема имитационного моделирования представлена режимами : эксперимент, таблица значений, статистика; информационная подсистема - учебными режимами : теория вопроса, историческая справка и справочными режимами : меню, управление экспериментом; сервисная подсистема - печатью сопроводительных материалов, включая Бланк отчета и историческую справку.

IV. Этап разработки требований к функциональным компонентам. Выход! распределение требований между программными компонентами Выделяем имитационный модуль как наиболее сложный для формали-*ации программный компонент, реализующий интерактивную среду

моделирования.

V. Этап проектирования функциональных модулей. Итерационный процесс декомпозиции компонент ПО на компоненты нижестоящих уровней.

Разработана методика многоуровневого описания имитационного модуля и формы спецификаций. Первый уровень - уровень аннотации предназначен для качественного описания модели. Назначение второго уровня — обеспечить педагогический базис программы, дать количественную характеристику модели. Содержит подразделы! "включение", "нормальное течение", "зависимости и условия", "выключение". Третий уровень предназначен для технической реализации: количественного описания с учетом специфики конкретной ПЭВМ.

Методика позволяет: характеризовать модель с разной степенью подробности в единой среде описания модуля, выявить специфику модели, выделить ер существенные признаки на разном уровне детализации, представить основные закономерности имитируемого процесса, дать четкую картину условий переходов из одного состояния в другое, указать взаимосвязь параметров и значения основных характеристик, абстрагироваться от специфики конкретной программной реализации.

Экспериментальное исследование строилось по следующим направлениям:

1. Программная реализация ряда положений исследования. их обсуждение и практическая проверка на семинарах, конференциях, и заседаниях лаборатории в 19В5 - 1991 годах.

2. Разработка системы имитационного моделирования школьного эксперимента на основе созданной методики.

3. Экспертная оценка и проверка методической эффективности системы в учебном процессе, включая две содержательные линии: первая — оценка степени реализации выдвинутых психолого—педагогических, технологических и методических принципов в разработанной программной системе имитационного моделирования. Вторая - исследование методической эффективности системы, продуктивности ее использования в учебном процессе.

Каждое из направлений эксперимента отвечает целям и задачам

исследования.

Экспертная оценка системы показала реализованность принци-поЕ-, связанных с категорией трансформации на уровне 93. ЗУ., принципов, связанных с категорией взаимосвязи на уровне 84.4%. Т.о. констатирована реализуемость разработанных принципов формирования интеллектуальных способностей при разработке средств учебного моделирования на ПЭВМ I поколения.

Технологичность программной системы оценивалась с учетом реализации принципов, выдвинутых в исследовании: модульности, модифицируемости, развиваемости, переносимости. Экспертная оценка показала технологичность системы по выдвинутым критериям на уровне 75.87.. При этом оценка по отдельным критериям: модульность — 100V1, модифицируемость — 86.67., развиваемость —66.6"/., переносимость -50.ОХ. Таким образом можно констатировать достаточно высокий уровень технологичности системы и правильность выбора подходов к проектированию и разработке программной системы.

Методическая значимость системы оценивалась с учетом возможностей вариативного ее использования в учебном процессе, включая изменение содержания, методов и форм, различия в уровне знаний учащихся, индивидуальные особенности. Экспертная оценка показала вариативность использования системы по выдвинутым критериям на уровне 76. Ь'/.. При этом оценка по отдельным критериям: смена содержания -50Х, изменение форм и методов Обучения - 902, дифференциация — 66.6"/., индивидуализация - 100.0%. Таким образом, констатирован высокий уровень методической значимости системы.

Второй срдержательной линией эксперимента явилось исследование методической Эффективности разработанной программной системы, продуктивности ее использования в учебном процессе. Экспериментальная проверка программной системы "Опыт Милликена" проводилась в 1987-1988 учебных годах в 226 и 221 школах г. Москвы (учителя Степанович П.Д., Шукшинцев А.Б.). Эксперимент ставился в четырех классах (2-х девятых и 2-х десятых). Успешность компьютерного эксперимента на основе имитационной модели оценивалась с учетом результативности выполнения следующих выделенных элементов: (методика оценки разработана с учетом под-

ходов предложенных Травинским В.И.')

1 - вывор стратегии исследования: определение связей, установление основных -гависимостей, вывод окончательной рассчетной Формулы (условно: аналитико-синтетический);

2 - осуществление действий по управлению моделью, управлению системой (условно: операциональный);

3 — проведение измерений и расчетов на основе Бывранной стратегии эксперимента (условно: расчетный);

4 — вывод на основе полученных числовых данных заключения о кратности и величине минимального электрического заряда (условно: творческий).

Оценка по каждому элементу проводилась на основе отчетов по результатам опыта и анкетных данных.

0 — элемент отсутствует, выполнялся не верно;

1 — выполнен не полностью, отмечены затруднения ;

2 - полнота и четкость результатов; успешность выполнения;

Сопоставление данных . по результативности компьютерного эксперимента в экспериментальных классах приведено в тавл. 9.

Тавлица 9.

результативности I - 84.07. II-

7.

100

92. 5'/.

Диаграмма результативности компьютерного эксперимента II1-73. 97. IV - 89.77.

80 -

60 -

I I

40 -

20 -

1:2: з: 4!

1¡2!3!4

1 ! 2 ! 3! 4

1!2!3!4

Из диаграммы видно, что успешность проведения компьютерно-

1. Граварь М.И. Краснянская К.А. Применение математической статистики в педагогических исследованиях. М.:Педагогика, 1977.-

136с.

го эксперимента находится на уровне 857..

Экспериментальная проверка программной системы в учебном процессе показала правильность выбора ее структурно—функциональной схемы, обеспечивающей дифференциацию и индивидуализа-цию учебной деятельности в ходе исследования, свободу творческой инициативы ученика и учителя. Необходимо отметить высокий уровень мотивл1>!и при проведении компьютерного эксперимента.

Б заключении изложены основные выводы и результаты выполненного исследования:

1. Разработаны принципы и выдвинуты критерии создания моделирующих программ, ориентированные на формирование интеллектуальных способностей учащихся, на обеспечение дидактической и методической значимости, технологичности моделирующих программ, констатирована реализуемость принципов при разработке моделирующих программ на ПЭВМ I поколения.

2. Разработан подход к проектированию учебных моделирующих программ, Обеспечивающий управляемость процесса разработки, педагогическое качество программ. Подход экспериментально проверен при разработке системы имитационного моделирования: констатирован высокий уровень методической значимости и технологичности системы, подтверждена Эффективность ее использования в учебном процессе.

3. Определена структура системы имитационного моделирования эксперимента, разработана методика описания имитационных модулей.

4. Разработана программно-методическая система имитационного моделирования школьного эксперимента "Опыт Милликена", рекомендованная Всесоюзной экспертной комиссией по оценке качества педагогических программных средств для тиражирования в школы страны.

Публикации по теме диссертации:

1. Компьютер на уроках физики // Физика в школе, 1985, N3. -с. 51-56.

2. Что может дать компьютер ? // Вечерняя школа, 1986, N1. -с. 66-69.

3. Развитие программы "Компьютер в образовании " при обучении физике в Великобритании // В реф. се. Использование микропро-

Мессорной и видеотехники в зарубежной школе.— М.— 1986.,вып. 2.

4. Программа практических занятий (практикума) по курсу ОИВТ на языке программирования "Бейсик". М.:Изд. АПН. 1988г. -36С. (в соавт).

5. Практикум по курсу ОИВТ // Информатика и образование", 1907, N 1, -с. <в соавт).

6. Некоторые примеры продуктивного использования компьютера на уроках физики // В сб. Основные аспекты использования информационной технологии Обучения в совершенствовании методической системы Обучения,- М., 1987.-с.68-71.

7. Некоторые возможности и проблемы использования ПЭВМ для контроля знаний учащихся // В св. Вклад молодых ученых и аспирантов в решение задач реформы школы.- М., 1987.-с.18-20.

8. Проблемы повышения эффективности использования ЭВМ в школьном курсе физики // Тезисы докладов всесоюзной научно-практической конференции " ЭВТ в преподавании дисциплин- физического цикла". - Омск, 16-18 сент. 1987. С.71-73

9 . Основы информатики и вычислительной техники для подготовки работников народного образования (методические рекомендации для преподавателей) 1 версия. М.:Изд. АПН. 19В8г.- 128с.(колл.авт>.

10. Основы информатики и вычислительной техники для подготовки работников народного образования (методические рекомендации для слушателей) 1 версия. М.:Изд. АПН. 1988г.- 160с.(колл.авт).

11. Программно-методическое Обеспечение ПЭВМ "АГАТ". Бронзовая медаль ВДНХ. Удостоверение 65936 от 13.12.85

12. Программно — методический /комплекс "Информатика — 87". Серебряная медаль ВДНХ. Свидетельство N 130 участника ВДНХ СССР 1989.

13. Разработка сценариев моделирующих программ // В сб. Молодые ученые НИИШ0ТС0 АПН СССР - практике школы.- М., 1989.-с.66-68.

14. Основы информатики и вычислительной техники для подготовки работников народного образования (методические рекомендации для преподавателей). Изд-во:Казанское НПО ВТ и И , М. 1989г. -128с.(колл.авт).

15. Основы информатики и вычислительной техники для подготовки работников народного образования (методические рекомендации для

/

слушателей). Изд-во:Казанское НПО ВТ и И , М. 1989г. 160с.(колл.авт).

16. Особенности проектирования моделирующих программ // В сб. "Компьютер в учебном Процессе" «Методические материалы по разработке и использованию средств интенсификации учебно -воспитательного процесса. - Ташкент, 1990г. - с.12-15.

17. Специфические особенности основных направлений развития учевного программного обеспечения // В сб. Методические рекомендации по созданию и использованию педагогических программных средств. М.»Изд. АПН. 1991г. -с.25-36.

1В. Программная система имитационного моделирования "ОПЫТ МИЛЛИКЁНА". Серебряная медаль ВДНХ СССР, 1991г. пост.М 40-Н от 27.05.91 М 2061.

19. Программно—методическая система имитационного моделирования "ОПЫТ МИЛЛИКЕНА". - Изд. АПН СССР, М. 1991г. - 31 с.

20. Имитационное моделирование школьйого эксперимента // В сб. Средства НИТ В обучении. П.«Изд. АПН. 1991г. -с. 25-36.

Подписано в печать ■(£ ,С5. Э2Г. Объем/Лл. л. Тир./¿г? Зак. ¿00,

Отпечатано на ротапринте Н11И 0С0 АПН РФ г.Носква.ул.какаренко 5..