Учебное и научное информационное моделирование действительности в системе непрерывного образования

Development of education

Каримов М.Ф., Karimov M.F.

кандидат физико-математических наук, доцент кафедры «Физика и землеустройство»,

Бирский филиал ФГБОУ ВО «Башкирский государственный университет», г. Бирск, Российская Федерация

УДК 378.14

УЧЕБНОЕ И НАУЧНОЕ ИНФОРМАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДЕЙСТВИТЕЛЬНОСТИ В СИСТЕМЕ НЕПРЕРЫВНОГО

ОБРАЗОВАНИЯ

Выделены и охарактеризованы такие этапы - элементы учебного и научного информационного моделирования объектов, процессов и явлений природной, технической и социальной действительности, как постановка задачи, построение модели, разработка и исполнение алгоритма, анализ результатов и формулировка выводов, возврат к предыдущим этапам при неудовлетворительном решении задачи. Даны с помощью структурных элементов информационного моделирования действительности определения понятий «учебная задача» и «научная задача». Обращено внимание преподавателей-ученых, учителей высшей категории, студентов и старшеклассников на необходимость внедрения новых элементов в постановку, модель и (или) алгоритм уже решенных задач для перехода с уровня учебного к уровню научного моделирования фрагментов природной, технической действительности. Отмечена общность, абстрактность и четкость математических моделей фрагментов действительности и снижение уровня этих качеств у моделей объектов, процессов и явлений естественных, технических и социальных наук. Приведен ряд эвристических вопросов старшеклассникам средних общеобразовательных и студентам высших профессиональных школ, способствующих им успешно преодолеть трудности этапов учебного и научного информационного моделирования фрагментов природы, технологий и общества. Внимание субъектов учебной или научной деятельности в системе непрерывного образования направлено на необходимость ответа на эвристические вопросы, ориентирующие их на новизну постановки задачи, построения модели и разработку алгоритма решения задачи. Описаны особенности последовательного и постепенного дидактического процесса перехода от учебного к научному информационному моделированию старшеклассников средней общеобразовательной школы и студентов высших учебных заведении при изучении и развитии ими разделов естественно-математических, инженерно-технологических и социально-экономических дисциплин.

Ключевые слова: учебная задача, научная задача, модель, алгоритм, информационное моделирование действительности, эвристическое сопровождение моделирования.

EDUCATIONAL AND SCIENTIFIC INFORMATION MODELING OF REALITY IN THE SYSTEM OF CONTINUOUS EDUCATION

The following stages have been singled out and described: elements of educational and scientific information modeling of objects, processes and phenomena of natural, technical and social reality, such as problem statement, model building, development and execution of the algorithm, analysis of results and formulation of conclusions, return to previous stages with satisfactory solution of the problem. Are given by means of structural elements of information modeling of the validity of definition of concepts «educational problem» and «scientific problem». The attention of teachers-scientists, teachers of the highest category, students and senior pupils to the need to introduce new elements in the formulation, model and (or) the algorithm of the solved problems for the transition from the level of educational to the level of scientific modeling of fragments of natural, technical reality. The generality, abstractness and clarity of mathematical models of fragments of reality and a decrease in the level of these qualities in models of objects, processes and phenomena of natural, technical and social sciences are noted. A number of heuristic questions are given to senior high

152 -:-:-:-:-

Bulletin USPTU. Science, еducation, еconomy. Series еconomy. № 3 (25), 2018

_ПЕДАГОГИЧЕСКИЕ НАУКИ

Развитие образования

school students and students of higher vocational schools that help them successfully overcome the difficulties of the stages of educational and scientific information modeling of fragments of nature, technology and society. Attention is paid to the subjects of educational or scientific activity in the system of continuous education on the need to answer heuristic questions, orienting them on the novelty of setting the problem, building a model and developing an algorithm for solving the problem. The peculiarities of the sequential and gradual didactic process of transition from the educational to the scientific information modeling of senior pupils of the secondary general education school and students of higher educational establishments are described when studying and developing sections of natural, mathematical, engineering-technological and socio-economic disciplines.

Keywords: educational task, scientific problem, model, algorithm, in-formation modeling of reality, heuristic support of modeling.

Познавательная и преобразовательная мощь информационного моделирования объектов, процессов и явлений природной, технологической и социально-экономической действительности была полностью осознана представителями естественно-математических, инженерно-технологических и социально-экономических наук в середине двадцатого века после выхода в свет научной статьи основоположников кибернетики Артуро Розен-блюта (1900, Сьюдад-Герреро - 1970, Мехико) и Норберта Винера (1894, Колумбия - 1964, Стокгольм) под названием «Роль моделей в науке» [1], в которой цель и результат научного исследования выделены как понимание и контроль над фрагментом Вселенной, рассмотрено построение идеальных и материальных моделей посредством логического приема абстракции и обоснована необходимость использования моделирования действительности в естественно-математических, технических и социально-гуманитарных науках.

В Советском Союзе в 1986 году по инициативе и под руководством действительного члена АН СССР Александра Андреевича Самарского (1919, Свистуны - 2008, Москва) была принята «Общегосударственная Программа по развитию и применению методов математического моделирования в науке и народном хозяйстве» и организован Всесоюзный Центр математического моделирования.

Начало издания академического журнала «Математическое моделирование» [2] и образование в первый раз в нашей стране Института математического моделирования Академии наук СССР в 1990 году способствовали интенсивному внедрению метода моделирования действительности в систему непрерывного образования учащейся молодежи от средней общеобразовательной школы до аспирантуры

по всем специальностям.

На обязательных и факультативных занятиях со старшеклассниками и студентами по математике, информатике, физике, химии, технологиям и экономике нами четко были выделены такие этапы - элементы информационного моделирования природной, технической и социально-экономической действительности, как постановка задачи, построение модели, разработка и исполнение алгоритма, анализ результатов и формулировка выводов, возврат к предыдущим этапам при неудовлетворительном решении задачи [3].

На этапе постановки задачи в школьной или вузовской аудитории мы со старшеклассниками и студентами выделили нижеследующие определения учебных и научных задач по естественно-математическим, инженерно-технологическим и социально-экономическим дисциплинам.

Учебная задача - это задача в ходе постановки и решения которой обучаемый устанавливает новые для себя модели и (или) алгоритмы решенных ранее задач, включенных в настоящее время в содержание среднего или высшего образования.

Научная задача - это задача, при постановке и решении которой исследователь строит и разрабатывает неизвестные человечеству новые модели и (или) алгоритмы с целью описания, объяснения или предсказания естественных и (или) искусственных объектов, процессов или явлений природы, технологий или общества.

Эвристика постановки учебных задач естественно-математических [4], инженерно-технологических и социально-экономических дисциплин включает в себя такие вопросы, как «Понятна ли словесная формулировка требования выделенной задаче?», «Каковы

Development of education

основные элементы рассматриваемой задачи в виде данного, неизвестного и условия?», «Что представляет собой изучаемый природный, технический или социальный объект?» и «В чем отличие данной задачи от уже решенных ранее задач?».

Старшеклассникам средней общеобразовательной и студентам высшей профессиональной школ, учителям и преподавателям следует перед построением модели решения учебной или научной задачи по естественно-математическим, инженерно-технологическим и социально-экономическим дисциплинам выделить следующие методологические положения.

1. Элементарная и высшая математика открывает и предлагает настоящим и будущим исследователям действительности наиболее общие, абстрактные и четкие модели для изучения окружающего нас мира в отличие от менее общих и более расплывчатых моделей объектов, процессов или явлений, рассматриваемых в естественных, технических и социальных науках [5].

2. Природная, техническая и социальная действительность последних трех столетий за счет её познания и преобразования человечеством так усложнилась, что без упрощающих, огрубляющих, формализующих, учитывающих лишь одну или несколько сторон или свойств объекта, процесса или явления моделей невозможно осуществить прогресс науки, техники и технологий [6].

3. Постепенное или скачкообразное появление, открытие или создание новой модели в естественно-математической, инженерно-технологической или социально-экономической науке означает, что система понятий этой отрасли науки уточнилась или совершенствовалась настолько, что она поддается строгому и абстрактному или математическому изучению или анализу на уровне современных достижений методологии и методики человеческого познания действительности.

В множество эвристических вопросов, облегчающих старшеклассникам и студентам построение качественных или количественных моделей решения учебных или научных задач входят: а) «Какой природный, технический или социальный объект составляет основу строящейся модели решения учебной или научной задачи?»; б) «Что является под-

154 -

ходящим набором символов для обозначения элементов строящейся качественной или количественной модели природного, технического или социального объекта?»; в) «Каковы качественные или количественные зависимости между условиями и требованиями учебной или научной задачи?»; г) «Какую новую грань изучаемого объекта, процесса или явления следует рассмотреть при решении данной задачи?».

Последовательная разработка алгоритма решения учебной или научной задачи состоит в составлении старшеклассниками средней общеобразовательной школы или студентами высших учебных заведений плана качественных или количественных действий на основе построенной модели объекта, процесса или явления и известных правил логики, арифметики, алгебры, планиметрии, тригонометрии, стереометрии, дифференциального, интегрального и вариационного исчислений, методов решения дифференциальных и интегральных уравнений, теорем и критериев теории вероятностей и математической статистики, законов и методов естественных, технических и социально-экономических наук.

К основным эвристикам разработки и исполнения алгоритма решения учебных и научных задач по естественно-математическим, инженерно-технологическим и социально-экономическим дисциплинам относятся: а) «Какой известный метод из освоенных ранее наук подходит для решения выделенной задачи?»; б) «Решалась ли в учебной аудитории, на заседании научного семинара или самостоятельно ранее какая-нибудь родственная качественная или количественная задача?»;

в) «Какие элементы известных методов изученных ранее наук подходят для составления плана решения рассматриваемой задачи?»;

г) «Как усовершенствовать известный метод решения выделенной задачи?».

Исполнение алгоритмов решения учебных или научных задач по естественно-математическим, инженерно-технологическим и социально-экономическим дисциплинам старшеклассники и студенты двадцать первого века в целях экономии учебного или поискового времени осуществляют преимущественно с помощью компьютерных технологий [7].

Этап анализа результатов решения учебной

Bulletin USPTU. Science, еducation, еconomy. Series еconomy. № 3 (25), 2018

ПЕДАГОГИЧЕСКИЕ НАУКИ

задачи в средней общеобразовательной школе под руководством учителя высшей категории и научной задачи в высшей профессиональной школе под руководством преподавателя-ученого и формулировки соответствующих выводов производится старшеклассниками и студентами на основе правил и законов формальной и диалектической логики, достижений экспериментальной, производственной и общественной практики.

Эвристика, ориентированная на достоверные анализ результатов решения учебной или научной задачи и формулировку соответствующих выводов старшеклассниками или студентами, содержит следующие вопросы: а) «Как проверить предполагаемое решение учебной или научной задачи средствами практики, логики или эстетики?»; б) «Применим ли системно-структурно-функциональный анализ ко всем этапам решения данной учебной или научной задачи?»; в) «Какова конкретная методика проверки достоверности конечного результата решения выделенной учебной или научной задачи?».

Дидактический опыт проектирования и реализации учебного и научного информационного моделирования объектов, процессов

Список литературы

1. Rosenblueth A., Wiener N. The role of models in science // Philosophy of Science.

- 1945. - Vol. 12. - P. 316-321.

2. Самарский А.А. Математическое моделирование на ЭВМ - новая научная технология // Математическое моделирование. - 1989.

- Т. 1. - № 1. - С. 1-2.

3. Каримов М.Ф. Информационные моделирование и технологии в научном познании школьниками действительности // Наука и школа. - 2006. - № 3. - С. 34-38.

4. Пойа Д. Как решать задачу. - М.: Учпедгиз, 1961. - 208 с.

5. Каримов М.Ф., Колоколова Н.В. Математическое моделирование действительности как интегратор школьных дисциплин // Инновацион-ное развитие. - 2017. - № 5 (10).

- С. 124-125.

6. Каримов М.Ф. Роль классического университета в подготовке будущих учителей-исследователей // Вестник Московского университета. Серия 20. Педагогическое об-

Развитие образования

и явлений действительности в ряде средних общеобразовательных и высших профессиональных школ Уральского региона в течение последних тридцати лет [8] показывает эффективность данного метода учебного и научного познания реальности в переводе старшеклассников и студентов из состояния объекта преподавания в состояние субъекта научной деятельности при систематической и регулярной постановке и решении сначала учебных и далее научных задач естественно-математических, инженерно-технологических и социально-экономических дисциплин.

Вывод

Анализ и обобщение приведенного выше материала позволяют сформулировать вывод о том, что систематическая и регулярная постановка и решение учебных и научных задач естественно-математических, инженерно-технологических и социально-экономических дисциплин методом информационного моделирования объектов, процессов и явлений действительности способствуют повышению качества среднего общего и высшего профессионального образования учащейся молодежи.

разование. - 2006. - № 1. - С. 37-42.

7. Каримов М.Ф. Обучение информатике студентов педвуза // Высшее образование в России. - 2007. - № 3. - С. 169-170.

8. Каримов М.Ф. Состояние и задачи совершенствования химического и естественно-математического образования молодежи // Башкирский химический журнал. - 2009.

- Т. 16. - № 1. - С. 26-29.

References

1. Rosenblueth A., Wiener N. The role of models in science // Philosophy of Science.

- 1945. - Vol. 12. - P. 316-321.

2. Samarsky A.A. Mathematical modeling on a computer - a new scientific technology // Mathematical modeling. - 1989. - Vol. 1. - № 1.

- P. 1-2.

3. Karimov M.F. Information modeling and technology in the scientific knowledge of schoolchildren's reality // Science and School.

- 2006. - № 3. - P. 34-38.

4. Polya G. How to solve it. - M.: Uchpedgiz,

Development of education

1961. - 208 p.

5. Karimov M.F., Kolokolova N.V. Mathematical modeling of reality as an integrator of school disciplines // Innovative development. - 2017. - № 5 (10). - P. 124-125.

6. Karimov M.F. The role of the classical university in the preparation of the future teacher-researchers // Bulletin of the Moscow University. Series 20. Pedagogical education. - 2006.

- № 1. - P. 37-42.

7. Karimov M.F. Training of informatics of students of a pedagogical university // Higher Education in Russia. - 2007. - № 3. - P. 169-170.

8. Karimov M.F. State and tasks of improving the chemical and natural-mathematical education of young people // Bashkirsky chemical journal.

- 2009. - Vol.16. - № 1. - P. 26-29.

Bulletin USPTU. Science, education, economy. Series economy. № 3 (25), 2018