Введение к работе
Актуальность и постановка проблемы. Информатизация общества, быстрый научно-технический прогресс определяют обращение к разработке и исследованию объектов и систем, имеющих сложную структуру и связи между элементами, большое количество параметров и переменных Одним из самых мощных и наиболее эффективных методов исследования и анализа процессов и систем самой различной природы и степени сложности является метод компьютерного имитационного моделирования Компьютерное имитационное моделирование развивалось в работах Р Шеннона, Т Дж. Шрайбера, Н.П Бусленко, В. Кельтона и РА Лоу, Б Я Советова, СЛ. Яковлева, ВМ. Глушкова, Ю И. Рыжикова и др.
Имитационное моделирование, на сегодня, становится более зрелой технологией компьютерного моделирования, поэтому наблюдается устойчивый рост приложений этого метода в самых различных областях Это обуславливает необходимость высококвалифицированной подготовки педагогов профессионального обучения (информатика, вычислительная техника и компьютерные технологии) в области компьютерного имитационного моделирования, так как государственный образовательный стандарт специальности определяет, что «педагог профессионального обучения организует и проводит теоретическое обучение по общепрофессиональным и специальным учебным предметам, а также производственное (практическое) обучение по группам родственных профессий в области информатики, вычислительной техники и компьютерных технологий, основанное на сочетании практического обучения с производительным трудом при использовании передовых информационных технологий, внедрении их в процесс обучения» Поэтому подготовка педагогов профессионального обучения (информатика, вычислительная техника и компьютерные технологии) в области компьютерного имитационного моделирования должна стать необходимой задачей в их профессиональном становлении и фундаментальным аспектом их информационно-технологической части образования. Область разработки и исследования компьютерных имитационных моделей — это одно из приоритетных направлений современной информатики и вычислительной техники Анализу общеобразовательного значения информатики, отбору учебного материала для этой дисциплины и методике преподавания посвящены исследования А П Ершова, В.Г. Житомирского, А Г. Гейна, А.А Кузнецова, М П Лапчика, А.Г Кушниренко, В М Монахова, С.А Бешенкова, И В Роберт, ИГ Семакинаидр.
С внедрением информационных технологий почти во все сферы человеческой деятельности всё большую практическую значимость приобретают знания, умения и навыки, способствующие высокому интеллектуальному, творческому и логическому развитию личности Это особо подчеркивалось в государственных документах, отражающих направления обновления образования в Законе Российской Федерации «Об образовании», в «Концепции модернизации Российского образования на период до 2010 года»
Поэтому система образования, направленная на реализацию современных требований, предъявляемых к ней, должна ориентировать процесс обучения на формирование системного мышления и умений работы с большими объемами быстро изменяющейся информации Это поможет готовить специалистов, способных оперативно использовать свое образование в зависимости от общественных потребностей и развивать различные формы самообразования в быстро изменяющейся информационной среде
В связи с этим, требуется существенное изменение системы обучения и возникает проблема поиска и использования максимально действующих и эффективных методик, форм и содержания обучения с применением новых информационных технологий (НИТ) в учебном процессе Исследование вопросов использования НИТ в системе образования, выполненное в работах ВП Беспалько, ТС Буториной, Я.А Ваграменко, ТП. Ворониной, ВП Кашицина, ОП Молчановой, ИЕ. Вострокнутова, С.Г Григорьева, В В Гриншкуна, СИ. Макарова, К П. Кречетникова, А В Могилева, В.М. Монахова, ЕС Полат, ИВ Роберт, и др., говорит о важности и своевременности изучения данной проблемы
Исследования дидактических и методических потенциалов НИТ показывают, что компьютерное имитационное моделирование, как часть математического моделирования, является наиболее перспективным способом включения НИТ в обучение, позволяющим удовлетворить современные требования, предъявляемые к системе образования Методология математического моделирования является ядром информационных технологий и всего процесса информатизации общества.
В опубликованных работах Н М. Амосова, Э Ю Верник, Б А.Глинского, Л. Я Зориной, К.Б Малышева, И Б Новик, В.О Пинского, Н Г. Салминой, В.А Штофа и др., посвященных проблемам обучения моделированию, обозначено, что учебное моделирование является достаточно эффективной технологией развития продуктивного научно-теоретического мышления, формирования таких личностно и профессионально значимых качеств, как системность знаний, познавательный интерес и мотивация к учебной деятельности Моделирование реальных ситуаций, соответствующих специфике выбранной профессии, предполагающих решение проблем, стало своего рода эмпирической традицией в обучении
Нельзя недооценивать роль учебного компьютерного имитационного моделирования в области формирования предметной взаимосвязи естествознания, техники, гуманитарных наук и понимания научного мировоззрения различных явлений и процессов. Этот факт прослеживается в научных публикациях Т А Арташкиной, Р.В. Габдреева, Ю А Кусого, А А. Пинского, В С Безруковой, Н Ф. Борисенко, В.И Вершиненой, В.И Жилина НА Лошкаревой и др Формирование межпредметных связей на основе моделирования определяется использованием целого ряда способов получения знаний и навыков (анализ, синтез, индукция, дедукция и др.).
Государственный образовательный стандарт высшего
профессионального образования (ГОС ВПО) специальности 030500 06 —
Профессиональное обучение (информатика, вычислительная техника и компьютерные технологии) содержит достаточно большое количество требований к профессиональной подготовленности специалиста, тем или иным способом опирающихся на методы компьютерного моделирования. Однако, в нем отсутствует как дисциплина «Компьютерное имитационное моделирование», так и ее подразделы Все это определяет особую актуальность и практическую значимость включения компьютерного имитационного моделирования в процесс обучения студентов специальности 030500 06 — Профессиональное обучение (информатика, вычислительная техника и компьютерные технологии) как целостной методической системы и метода, эффективно формирующего у будущих педагогов личностно и профессионально значимых качеств Компьютерное имитационное моделирование будет способствовать развитию мышления и формированию целостной системной картины мира, являться одним из научно обоснованных методов познания, широко используемым в различных областях наук
Традиционным подходом к созданию имитационных моделей является использование универсальных или специальных языков программирования, что приводит к написанию запутанных и сложных моделирующих программ. Это обуславливает сложность изучения компьютерного имитационного моделирования Эффективным способом снижения трудоемкости изучения компьютерного моделирования является использование событийно-графового подхода, являющегося универсальным и наглядным графическим методом создания имитационных моделей, позволяющим более полно изучить методологию моделирования. Графическое представление информационных моделей в обучении имеет ряд преимуществ. Событийно-графовый подход является научно обоснованным, что удовлетворяет одному из дидактических принципов. Важно подчеркнуть, что событийно-графовый подход позволяет моделировать и сам процесс обучения, что дает возможность для студентов на реальных данных моделировать и проводить анализ сложных систем, а для преподавателей корректно проводить занятия с точки зрения оптимального использования аудиторного времени. Развитие идей имитационного событийного моделирования и представление моделей с помощью графов отражено в работах М. Брейера, Л Шрубена, В. Кельтона и Р А Лоу, Е А. Бабкина, А Прицкера, Г Ф. Хахулина, С В. Монахова и др.
Таким образом, имеется противоречие между значимостью изучения компьютерного имитационного моделирования будущими педагогами профессионального обучения (информатика, вычислительная техника и компьютерные технологии) и отсутствием системы обучения этой области знаний в их подготовке по информатике
В связи с этим, актуальность исследования обусловлена необходимостью совершенствования подготовки в области компьютерного имитационного моделирования будущих педагогов профессионального обучения, в основе содержания которого необходимо использовать событийно-графовый подход.
Возможны пути разрешения противоречия на основе.
1 Определения целей, методов, средств обучения, формирования содержания, исходя из развития стандарта и создания методических рекомендаций обучения компьютерному имитационному моделированию на основе применения событийно-графового подхода
2. Внедрения раздела «Компьютерное имитационное моделирование на основе применения событийно-графового подхода» в систему подготовки по информатике будущих педагогов профессионального обучения (информатика, вычислительная техника и компьютерные технологии)
Объект исследования — система профессиональной подготовки будущих педагогов в области компьютерного имитационного моделирования
Предмет исследования — содержание, методы, формы и средства обучения компьютерному имитационному моделированию студентов педагогического вуза на основе использования событийно-графового подхода
Цель исследования — совершенствование подготовки будущих педагогов специализации информатика, вычислительная техника и компьютерные технологии в области компьютерного имитационного моделирования за счет использования событийно-графового подхода, направленное на формирование у педагогов готовности к профессиональной деятельности.
Гипотеза исследования — эффективность предметной подготовки педагогов профессионального обучения повысится, если в систему их обучения в курс «Математическое моделирование» будет включен раздел «Компьютерное имитационное моделирование на основе применения событийно-графового подхода»
В соответствии с поставленной целью и выдвинутой гипотезой были поставлены и решались следующие задачи исследования:
Проанализировать содержание и структуру Государственного образовательного стандарта специальности, научную литературу на предмет значимости введения раздела компьютерного имитационного моделирования в систему обучения будущих педагогов
Обосновать необходимость использования событийно-графового подхода как основы содержания раздела компьютерного имитационного моделирования в процессе обучения педагогов
Создать модель методической системы обучения, определить цели, содержание, средства, методы и формы обучения студентов основам компьютерного имитационного моделирования с использованием событийно-графового подхода.
Разработать систему лабораторно-практических работ с учетом межпредметных связей, а также ориентированных на изучение элементов профессиональной педагогической деятельности.
5. Экспериментально проверить эффективность методов и организации разработанной методики обучения разделу «Компьютерное имитационное моделирование на основе применения событийно-графового подхода».
Для решения поставленных задач в диссертационном исследовании использовались следующие методы:
1. Изучение и анализ научной, философской, дидактической, методической и специальной литературы по проблематике исследования, анализ ГОСВПО, программ, учебных пособий и методических рекомендаций по компьютерному имитационному моделированию,
Анкетирование, беседа с преподавателями и студентами, наблюдение за ходом учебного процесса и деятельностью студентов,
Опытно-экспериментальная работа, математическая обработка эмпирического материала, анализ и обобщение опытно-экспериментальной работы
Методологической основой исследования являются теоретические и экспериментальные работы.
по дидактике К Д. Ушинского, В.Н Максимовой, А В. Петровой,
ТЛ Понаморенко, Л Л Макаровой, ТА Арташкиной, РВ. Габдреева, А.А.
Пинского, В С Безруковой, Н Ф. Борисенко, В И. Вершиненой, В И Жилина
Н А. Лошкаревой,
отражающие технологический подход к обучению- Б. Блума, В,А.Беспалько, С А. Бешенкова, А Г. Гейна, С.Г. Григорьева, А И. Умана;
посвященные разработке и анализу дидактических принципов обучения. Я.А. Коменского, Г.И. Песталоцци, К.Д. Ушинского, И П. Подласого, ПФ Каптерева, Ю.К. Бабанского, Л.В. Занкова, В А Сластенина, В.А. Сатарова и других А.В. Могилева, С А. Титоренко,
отражающие современные концепции компьютеризации и информатизации образования ВП Беспалько, ТС Буториной, Я А. Ваграменко, ТП Ворониной, ВП Кашицина, ОП Молчановой, ИЕ. Вострокнутова, С.Г Григорьева, В.В. Гриншкуна, СИ. Макарова, К П. Кречетникова, AJB. Могилева, В М. Монахова, Е С. Полат, И В Роберт,
посвященные проблемам обучения моделированию. Н М. Амосова, Э Ю Верник, Б.А.Глинского, Л Я Зориной, К.Б Малышева, И Б. Новик, В О. Пинского, Н Г. Салминой, ВЛ Штофа;
по теории компьютерного имитационного моделирования. Р. Шеннона, Т Дж Шрайбера, НП. Бусленко, В. Кельтона, Р А. Лоу, ЕЯ Советова, С А. Яковлева, В.М Глушкова, Е А. Бабкина, Ю И Рыжикова;
посвященные имитационному событийному моделированию и представлению моделей с помошью графов М Брейера, Л Шрубена, В. Кельтона и Р А Лоу, Е.А Бабкина, А Прицкера, Г Ф. Хахулина
Научная новизна представленного исследования заключается в следующем:
Предложены подходы к предметной подготовке педагогов профессионального обучения в области компьютерного имитационного моделирования на основе применения событийно-графового подхода
Определены принципы построения и организации методической системы обучения компьютерному имитационному моделированию на основе технологического подхода, структуризации содержания, а также поэтапного
перехода от объяснительно-иллюстративных к творческим методам организации проведения лабораторно-практических работ
3 Дополнена и переработана система этапов проведения компьютерного имитационного моделирования с учетом использования ее для проведения лабораторно-практических работ. Система ориентирована на применение событийно-графового подхода имитационного моделирования
4. Разработан комплекс имитационных моделей для изучения с учетом межпредметных связей, в него также вошли модели, ориентированные на изучение элементов профессиональной педагогической деятельности будущих педагогов
Теоретическая значимость исследования заключается в том, что обоснована необходимость введения дополнительного раздела «Компьютерное имитационное моделирование на основе применения событийно-графового подхода» в курс «Математическое моделирование» для будущих педагогов профессионального обучения, построена модель методической системы обучения и определены основные методы обучения, необходимые для развития мыслительных способностей различных уровней в соответствии с классификацией Блума; уточнены основные принципы отбора содержания лекций и лабораторно-практических работ
Практическая значимость исследования заключается в том, что разработанная методическая система обучения компьютерному имитационному моделированию может быть использована преподавателями с целью повышения качества предметной подготовки педагогов профессионального обучения специализации информатика, вычислительная техника, компьютерные технологии, определены основные этапы выполнения лабораторно-практических работ; предложены и экспериментально проверены оптимальные методы их проведения с целью развития мыслительных способностей студентов, определены методические рекомендации обучения раздела «Компьютерное имитационное моделирование на основе применения событийно-графового подхода».
Достоверность и обоснованность положений, выводов и результатов исследования обеспечены опорой на основные положения дидактики, основополагающие теоретические концепции обучения компьютерному имитационному моделированию, логикой методов исследования, а также использованием комплекса теоретических и эмпирических методов исследования, результатами, полученными в ходе экспериментальной проверки; продолжительной опытно-экспериментальной работой
Опытно-экспериментальная база исследования: исследование осуществлялось на базе факультета информатики и вычислительной техники Курского государственного университета
На защиту выносятся следующие положения
І. В систему подготовки будущих педагогов профессионального обучения должны быть внесены элементы обучения компьютерному имитационному моделированию, что будет способствовать профессиональному становлению педагогов;
В основе содержательной модели методической системы обучения компьютерному имитационному моделированию необходимо использовать событийно-графовый подход моделирования как базовый метод
Организация деятельности студентов, основанная на поэтапном переходе от объяснительно-иллюстративных методов к творческим, при проведении лабораторного практикума позволит создать условия индивидуализации и дифференциации, а также обеспечит развитие всех уровней мыслительных способностей студентов Это создаст базу для эффективного формирования профессиональных знаний, умений и навыков будущих педагогов.
Этапы исследования. Исследование по теме проводилось в течение 4 лет (2003-2007 гг) и условно может быть представлено в виде трех взаимосвязанных этапов
На первом этапе (2003-2004 гг) осуществлялся анализ философской, психолого-педагогической и специальной литературы по проблеме исследования, изучался опыт преподавания компьютерного имитационного моделирования Определялись роль и место компьютерного имитационного моделирования в системе подготовки студентов специальности профессиональное обучение (информатика, вычислительная техника и компьютерные технологии) и основные направления включения этого раздела. В процессе теоретической разработки определилась основа содержания — событийно-графовый подход компьютерного имитационного моделирования
На втором этапе (2004-2005 гг ) проектировалась и конструировалась модель методической системы обучения разделу «Компьютерное имитационное моделирование на основе применения событийно-графового подхода». Разрабатывалась программа раздела, а также учебно-методический материал для проведения лекционных и лабораторяо-практических занятий, определялись методы проведения занятий и их основные этапы
На третьем этапе (2005-2007 гг) определялась эффективность методической системы обучения раздела «Компьютерное имитационное моделирование на основе применения событийно-графового подхода» для будущих педагогов профессионального обучения. Проводились эксперименты, нацеленные на подтверждение выдвинутой гипотезы, оформлялись результаты диссертационного исследования.
Апробация и внедрение результатов диссертационного исследования. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на итоговой учебно-методической и научной конференции Курского государственного университета «Качество подготовки кадров в условиях модернизации образования» (Курск, 2005), на Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы государственного и муниципального управления содержание и механизмы трансформации» (Курск, 2005); на ежегодных научных чтениях, посвященных памяти А.Н Пилецкого «Влияние региональной финансовой системы на социально-экономическое развитие государства» (Курск, 2005), на международной научно-практической конференции «Образование, наука, производство и
управление» (Старый Оскол, 2006), на V Всероссийской заочной научно-практической конференции «Модернизация системы профессионального образования на основе регулируемого эволюционирования» (Челябинск, 2006), на международной научно-практической конференции «Информационные технологии в образовании (ИТО-Черноземье)» (Курск, 2006), на научных семинарах и заседаниях кафедр методики преподавания информатики и информационных технологий, программного обеспечения и администрирования информационных систем, математического обеспечения информационных систем Курского государственного университета, информатики и прикладной математики, информатизации образования Московского городского педагогического университета (2003-2007 гг.).
Методика и содержание обучения будущих педагогов разделу «Компьютерное имитационное моделирование на основе применения событийно-графового подхода» прошли полную проверку, результаты исследования были внедрены в учебный процесс подготовки специалистов по направлению 030500 06 — Профессиональное обучение (информатика, вычислительная техника и компьютерные технологии) в ГОУ ВПО «Курский государственный университет»
Структура работы определена целью и логикой исследования. Диссертация состоит из введения, двух глав, заключения, списка литературы и приложений
