Реализация междисциплинарных программ средствами предмета «Информатика»

Реализация междисциплинарных программ средствами предмета «Информатика»

«Для того чтобы усовершенствовать ум, надо больше размышлять, чем заучивать».
Рене Декарт
Современная школьная информатика это дисциплина, направленная на формирование широкого спектра метапредметных образовательных результатов, достижение которых, по моему мнению, возможно лишь при последовательном выстраивании образовательного процесса и образовательного пространства, в котором:
- «естественным» образом ведется исследовательская и проектная деятельность, нацеленная на достижение результатов междисциплинарной программы «Основы учебно-исследовательской и проектной деятельности»
- происходит организационное и содержательное согласование учебной деятельности учащихся с «Программой развития универсальных учебных действий» и программой «Основы смыслового чтения и работа с текстом»
Для современной школы, желающей соответствовать вызовам «эпохи нано» принципиальной является идея моделирования, пронизывающая всю ее образовательную программу – от содержания таких предметов как математика, биология, физика до лабораторных работ и практик, использования ролевых, деловых игр и участия в конкретном производственном процессе.
Линия моделирования, наряду с линией информации и информационных процессов, является теоретической основой курса информатики.Реализация содержательной линии формализации и моделирования выполняет важнейшую педагогическую задачу – развитие системного мышления учащихся, навыков анализа информации, выдвижения и проверки гипотез, в том числе, с использованием средств ИТ (т.е. включает реализацию всех междисциплинарных программ).

Этапы моделирования в любой предметной области, любыми инструментальными средствами определяются поставленной задачей и целями моделирования:
анализ задачи (текста); анализ объекта; определение цели моделирования;
перевод задачи на знаково-символический язык, который может осуществляться вещественными или графическими средствами;
построение модели;
работа с моделью (проведение экспериментов);
соотнесение полученных результатов с реальностью.
Применяя компьютерное моделирование в учебном процессе, я следую логике учебного исследования: цель моделирования – объект моделирования – компьютерная модель – материальная модель - учебное открытие (новое знание).
Рассмотрим на примере (Информатика, 9 класс).
1 этап. Учащимся предлагается текст, в котором содержатся данные о дальнобойных пушках (год создания, вес и размер ядра, характеристики ствола и т.д). В тексте содержится также вопрос: «Можно ли стрелять еще дальше?»
Работая с текстом, учащиеся заполняют таблицу (2 этап)
Вид оружия
Год создания
Размер ядра
Масса ядра
Максимальная дальность полета
Максимальная дальность полета

По результатам заполнения таблицы и обсуждения в группах учащиеся определяют параметры, влияющие на дальность полета, и соотносят данные таблицы с формулой движения тела, брошенного под углом к горизонту (физика, 9 класс).
Таким образом, в ходе 1-2 этапа у учащихся формируются:
- умение работать с текстами, решать учебно-познавательные и учебно-практические задачи, требующие полного и критического понимания текста:
- универсальные учебные действия (преобразовывать и интерпретировать информацию, освоение методов познания, используемых в различных областях);
- выраженная устойчивая учебно-познавательная мотивация и интерес к учению;
- умение распознавать и ставить вопросы, ответы на которые могут быть получены путём научного исследования, отбирать адекватные методы исследования, формулировать вытекающие из исследования выводы.
3 этап. Работая в группах (распределение проходит в зависимости от познавательных предпочтений), учащиеся строят модель
1 группа – в среде программирования Pascal
2 группа – в среде табличного процессора
3 группа – в среде визуального программирования Delphi
В ходе этого этапа учащиеся:
- учатся основам реализации проектно-исследовательской деятельности (проводить наблюдение и эксперимент под руководством учителя),
- совершенствуют познавательные, коммуникативные и регулятивные УУД ( н-р, выделять альтернативные способы достижения цели и выбирать наиболее эффективный способ; задавать вопросы, необходимые для организации собственной деятельности и сотрудничества с партнёром и т.д.)
- повышают ИКТ – компетентность (умение вводить результаты измерений и другие цифровые данные для их обработки, в том числе статистической и визуализации; моделировать с использованием средств программирования; проектировать и организовывать свою индивидуальную и групповую деятельность, организовывать своё время с использованием ИКТ
4 этап проходит уже на двух образовательных площадках школы: в кабинете информатики учащиеся проводят эксперименты с созданными компьютерными моделями, а в школьном технопарке – исследования с помощью материальной модели (экспериментально – лабораторной установки).

Важно, чтобы ученики задавали друг другу вопросы о признаках наблюдаемых явлений и о выводах, к которым они приходят на основе своих моделей научных исследований.
В ходе обсуждения я «провоцирую» вопросы, необходимые для постановки задач, требующих решения, и выявления идеи, которые приводят к нахождению условий и особенностей решения.
Так как линия «Моделирование и формализация» является сквозной на протяжении всего периода обучения, возможно проследить динамику формирования универсальных учебных действий учащихся.

Период
К окончанию соответствующего учебного периода следующие УУД:

При постановке вопросов
При постановке задач

1-2 классы:
Задавать простые описательные вопросы, которые можно проверить экспериментально.
Ставить простые задачи, которые можно решить при помощи создания нового или модифицированного инструмента или объекта.

3- 4 классы:
Задавать вопросы для определения качественных взаимоотношений
Ставить простые задачи, которые можно решить при помощи создания нового объекта, инструмента или процесса, включая несколько критериев успешного результата

5- 9 классы:
Задавать вопросы для формулировки и усовершенствования тестируемых моделей, используемых для объяснения явлений и решения задач
Ставить задачи , которые можно решить за счёт созданияобъекта, инструмента, процесса или системы и которые включает в себя множественные условия и ограничения, в том числе научные знания, приводящие к ограничению возможных решений

10-11 классы
Задавать вопросы для формулировки, усовершенствования и экспериментальной проверки научных вопросов и разработки решения задач, используя модели и симуляции.

Ставить инженерные задачи, включающие развитие процесса или системы с взаимодействующими компонентами, а также критериями и условиями, которые могут включать социальные, технические и/или экологические соображения.

Каждый компонент деятельности моделирования имеет свое содержание со своим составом операций и своими средствами, которые должны стать самостоятельным предметом усвоения.
Моделирование я рассматриваю как часть исследования, в процессе которого происходит развитие познавательной активности ученика, приобретение опыта интеллектуальной деятельности под руководством взрослого, а так же развитие навыков поиска и отбора информации различными методами (работа с дополнительной литературой, Интернетом);
Формирование выраженной устойчивой учебно-познавательной мотивации и интереса к учению, по моему мнению, возможно лишь в том случае, когда учащийся имеет возможность интегрировать полученное новое знание в другую предметную область. Поэтому на уроках информатики я стараюсь поставить перед учащимися такие задачи, решение которых задействовать потенциал всех компонентов образовательного пространства школы.
Например, при изучении темы «Прикладное программное обеспечение» особый интерес для использования образовательных возможностей школьного пространства представляет моделирование в среде виртуальных конструкторов различных областей – химии, физики, программирования и т.д.
Область
Моделирование в рамках урочных занятий по предмету «Информатика и ИКТ»
Расширение в образовательном пространстве школы

Среда моделирования
Цель моделирования
Образовательное пространство
Цель моделирования

Химия. Нанотехнология
Визуализационное моделирование (RasMol) Вычислительное моделирование (Chem3D)
С использованием графической модели молекул углевородов исследовать влияние на структуру электромагнитных полей, температурных воздействий и определить динамику изменений
Лаборатория нанотехнологии
С использованием сканирующего зондового микроскопа (наноэдъюкатора) исследовать морфологические характеристики поверхности тел, содержащих молекулы углеводородов

Легоконструирование.

Робототехника
Виртуальный конструктор LEGO Digital Designer
Среда программирования LEGO MINDSTORMS Software
Определить состав деталей и их соединение для создания робота, удовлетворяющего конкретным техническим характеристикам.

Создать программу, которая позволит роботу выполнить определенные действия
ЛЕГО лаборатория
Опытным путем доказать работоспособность созданных моделей

Физика
ЭР «Открытая физика»

С использованием модели проверить истинность утверждения «если два автомобиля с одинаковыми скоростями и массой столкнутся друг с другом, то сила удара в момент столкновения будет больше в два раза, чем если бы один из этих авто (с той же скоростью) въехал в бетонную стену».
Технопарк
Проверить истинность утверждения с помощью материальной экспериментально – лабораторной модели упругого и не упругого удара двумя способами с помощью различных установок. (Учебная лаборатория PHYWE)

Таким образом, исключительно важная особенность предмета «Информатика» заключается в том, что опыт интеллектуальной деятельности (в частности, моделирования), полученный учащимися в рамках изучения предмета, востребован практически во всех предметных областях и поэтому может использоваться во всех сферах научного познания, привнося в них принципиально новые качества. Таким образом, я считаю, что предмет «Информатика» сегодня становится той междисциплинарной областью, которая может многократно повысить эффективность обучения и достижения результатов.

Как познать окружающий мир?

Как моделирование помогает изучить
-физику? - химию?
- историю?
..

Как смоделировать жизнь на компьютере?

Возможно ли
создать модель прибыльного производства?

Существует ли модель
счастья?

Заголовок 115