Информатика мамандығы студенттерін имитациялық модельдеуге үйрету әдістемесі

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Дипломдық жұмыс

 

 

Тақырыбы: “Информатика мамандығы студенттерін имитациялық модельдеуге үйрету әдістемесі”

 

050111-«Информатика» мамандығы бойынша

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

МАЗМҰНЫ

 

КІРІСПЕ .................................................................................................................. 3

1. ИНФОРМАТИКА МАМАНДЫҒЫ СТУДЕНТТЕРІН ИМИТАЦИЯЛЫҚ МОДЕЛЬДЕУГЕ ҮЙРЕТУДІҢ ТЕОРИЯЛЫҚ НЕГІЗДЕРІ ………………….. 4

1.1. Информатика мамандарына имитациялық модельдеуді оқытудың ролі мен орны …………………………………………………………………………. 4

1.2. Имитациялық модельдеу курсын оқытудың құрылымы мен мазмұны .. 17

1.3. Имитациялық модельдеуді  құзырлылық тұрғыда оқытудың  теориялық негіздері ................................................................................................................ 26

1.4. Имитациялық модельдеудің аспектілері

 

2. ИНФОРМАТИКА МАМАНДЫҒЫНЫҢ СТУДЕНТТЕРІН ИМИТАЦИЯЛЫҚ МОДЕЛЬДЕУГЕ ОҚЫТУДЫҢ ӘДІСТЕМЕЛІК ЕРЕШЕЛІКТЕРІ .................................................................................................. 45

2.1 Имитациялық модельдеуді оқытудың  ақпараттық құралдары ................. 45

2.2 Информатика мамандығының студенттерін  имитациялық модельдеуге оқыту  әдістемесі .................................................................................................. 50

2.3 Педагогикалық тәжірибені жүргізу  және оның нәтижелері ……………. 56

ҚОРЫТЫНДЫ …………………………………………………………………. 59

ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ………………………………………… 60

ҚОСЫМША ……………………………………………………………………. 61

 

 

 

КІРІСПЕ

 

Қазіргі кездегі ақпараттандыру үдерісі еңбек нарығындағы бәсекеге қабілетті, кәсіби тұрғыда қалыптасқан болашақ ақпараттық технологиялар мамандарын даярлауды талап етеді. Студенттердің жоғары оқу орындарында кәсіби бағдарын қалыптастыратын білім, біліктілігі мен дағдыларын, құзырлылығын арттыруға, жеке қабілеттерін дамытуға бағытталған кәсіптік бағдарлы оқыту жүйесін құру мәселелері Қазақстан Республикасының нормативтік құжаттарында көрсетілген.

Болашақ ақпараттық технологиялар  мамандарын, солардың ішінде болашақ  информатика мамандығы студенттерін толыққанды кәсіби бағдарлы оқыту ақпараттық технологиялардың үздіксіз дамуын ескеріп, ақпараттық қоғамның жаңа талаптарына сәйкес кәсіби іс-әрекетке дайындықты қажет етеді. Бұл ақпараттық пәндер циклі бойынша білім беруде жекеленген «уақытша» білімді беруден іргелі, пәндік және пәнаралық байланыстарды кеңінен қамтитын, инварианттық білім берумен, қоғамдағы ағымдық қажеттілікті ескеретін қолданбалы мәні вариативтік білім беруді де қарастырады.

Болашақ информатика  мамандарына информатика пәндер жүйесін оқытуда жүйелі ақпараттық білімді пәннің теориялық және қолданбалы аспектілерін ұштастырғанда ғана терең де берік қалыптастыруға болады.

Қазіргі кезде өмірдегі көптеген мәселелерді шешу практикалық  және теориялық жүйелеу амалдарынсыз, оның ішінде ақпараттық модельдеусіз мүмкін емес. Солардың ішінде ғылыми зерттеудің жаңа әдісі ретінде компьютерлік модельдеу мен ақпараттық модельдеу болашақ информатика студенттері үшін аса қажетті болып табылады. Имитациялық модельдеу ақпараттық модельдеудің негізгі бағыты ретінде компьютерлік және ақпараттық модельдеудің шекаралық үйлестірушісі болып табылады. Кейбір нақты үдерістер мен жүйелерді қарапайым ақпараттық модельдеу арқылы зерттеуге болады, бірақ құбылыстар мен үдерістер күрделі болса, онда нақты шындыққа жуық модель құру мақсатында имитациялық модельдеуді қажет етеді.

Болашақ информатика  мамандарын имитациялық модельдеуге  оқыту қажеттігі келесі негізгі  факторлармен, яғни имитациялық модельдеу  әдістері мен модельдері экономикалық, физикалық, биологиялық, химиялық және т.б. адам қызметі салаларының көптеген мәселелерін шешуде қолданылатыны, болашақ информатика мамандарына ақпаратты басқарудың бағдарламалық қамтамасыздандырылуын жүзеге асыру қажеттігі, имитациялық модельдеудің ақпараттық модельдеудің негізгі бағыты ретінде бағдарламалық қамтамасыздандырылуы және информатика әдіснамасы болып табылатын есептеуіш эксперимент болашақ информатика мамандарына имитациялық модельдеу бойынша қалыптастырылатын білім мен дағдыларды меңгертуді қажет ететіндігімен анықталады.

 

1. ИНФОРМАТИКА МАМАНДЫҒЫ СТУДЕНТТЕРІН ИМИТАЦИЯЛЫҚ МОДЕЛЬДЕУГЕ ҮЙРЕТУДІҢ ТЕОРИЯЛЫҚ НЕГІЗДЕРІ

1.1. Информатика мамандарына имитациялық модельдеуді оқытудың ролі мен орны 

 

Үшінші мыңжылдық  кезеңі, яғни XXI ғасыр ақпарат ғасыры деп аталғандығы барлығымызға аян. Себебі, қоғамның даму көрсеткіші ретінде ақпарат алынып және ол қоғам дамуының ең анықтаушы рөлін атқаратын болады. Ақпарат стратегиялық ресурсқа айналып, бұдан былай білім құны ең негізгі байлық болып санала бастайды. Ақпаратты сақтау, жинау, өңдеу және тарату тәсілдері мен құралдары динамикалық түрде өзгеріске ұшырап, солар арқылы қоғамның инфрақұрылымының қалыптасуы жүріп жатыр.

Қазақстан Республикасының  білім беру жүйесі әлемде болып жатқан өзгерістермен үндестіру мақсатында білім берудің жаңа моделін құрудың, сынақтан өткізу мен енгізудің ауқымды міндеттерін анықтаған. Сондықтан осы жүйесінің негізгі ұстанымдарын жүзеге асыру мақсатымен «Қазақстан Республикасының 2015 жылға дейінгі білім беруді дамыту тұжырымдамасы» жарық көрді. Бұл білім беруді дамыту тұжырымдамасы мемлекеттік тәуелсіздікті қалыптастыру мен нығайтудың, елдің қарқынды дамуының негізін құрайтын Қазақстан Республикасының білім беру жүйесін дамытудың мақсаттары мен міндеттерін, құрылымы мен мазмұнын және негізгі стратегиялық бағыттарын айқындайтын ғылыми-теориялық, әдіснамалық құжат болып табылады. Аталған тұжырымдама да әлемдік білім беру кеңістігіне ықпалдастырылған және жеке тұлға мен қоғамның қажеттіліктерін қанағаттандыратын көп деңгейлі үздіксіз білім берудің ұлттық моделін қалыптастыру үшін білім беруді дамытудағы стратегиялық басымдықтарды белгілеу мақсаты анықталып, білім берудің мазмұны мен материалдық-техникалық базасын жаңарту, білім беруді, ғылым мен өндірісті ықпалдастыру, сондай-ақ әлемдік білім беру кеңістігіне ену міндеттері көзделген.

Ұзақ мерзімді болашақта  білім беру ұйымдарының материалдық-техникалық базасын едәуір жаңалау, оқу үдерісін толық ақпараттандыру қажет деп  танылып отыр. Тұжырымдаманы іске асырудың нәтижесінде адам ресурсын озық дамытуды және Қазақстанды әлемдік білім беру кеңістігіне біріктіруді қамтамасыз ететін білім беру жүйесі құрылатын болды.

Нарықтық экономика, ғылыми-техникалық даму, соның ішінде жерсеріктік байланыс пен интернет жүйесі болашақ информатика мамандарынан жоспардан тыс жоғарғы деңгейдегі біліктілікті талап етеді. Ал бұл талап өз кезегінде оқу бағдарламасын, оқытудың формалары мен әдістерін қайта қарауды және жаңартуды, оқыту үдерісінде компьютерлік технологияны кеңінен енгізуді қажет етеді. Бұл білім беру жүйесін компьютерлендіруді тездетудің қажеттілігі мына жағдайларға байланысты:

• ең алдымен компьютер тілін меңгерген және жай ғана меңгерген емес, оны әртүрлі ғылыми зерттеулерде, жобалау-конструкторлық қызметтерде, ұйымдастырушылық-басқару қызметінде қолдана алатын және адам қызметінің әртүрлі саласында модельдерді құру және ол модельдерді компьютерлік жүзеге асыруды орындай білетін білікті мамандарға деген қоғамның сұранысы күшеюде;
• болашақ мамандардың компьютерді аталған бағыттар бойынша жан-жақты меңгеруі олардың алдынан жаңа білім көздерін ашады, әлемдік білім мен ғылымға жақындатады.

Осы аталғандарды ескеретін  болсақ, қазіргі таңдағы жоғары оқу орнының басты мақсаты – іргелі білімді терең меңгерген, өз пікірі бар, дамыған қоғамда өмір сүре алатын, қоғамда болып жатқан күнделікті жаңалықтарға ілесе алатын жас мамандарды тәрбиелеу болып табылады.

Қазіргі уақытта компьютерлік техниканың, телекоммуникация құралдарының қарқынды дамуы мен әртүрлі пәндік аймақтың есептерін шешуде қолданылатын бағдарламалық қамтамасыздандырылудың пайда бола бастағанын ескерсек, болашақ информатика мамандарын дайындауда арнайы курстар оқытудың қажеттілігі айқын көрінеді. Ол арнайы курстың мазмұнына үнемі, заман талабына сай жаңартулар мен өзгертулер жасап отыруды талап етеді.

Информатика жоғары оқу  орнында оқытылатын пәндер ішінде іргелі пәндердің қатарында. Мұны академик А.П.Ершовтың информатика терминінің мағынасын түсіндіре келе «Информатика – ақпаратты өңдеу мен тасымалдаудың үдерістерін оқып-үйрететін іргелі жаратылыстану ғылымы» деп  бекіткен анықтамасымен негіздеуге болады. Осы іргелі пәннің, яғни информатиканың өзінің курстар жүйесі анықталған. Информатиканың курстар жүйесін қарастыратын болсақ, ақпараттық модель информатиканың орталық ұғымы болып табылады делінген.

Ақпараттық модель –  бұл да математикалық модель сияқты абстракцияның нәтижесі. Ақпараттық модель сезіну және теориялық ойлауға сүйеніп, табиғи және арнайы тілдердің көмегімен оқылатын пәннің дәл сипаттамасы болып табылады. Имитациялық модельдеу ақпараттық модельдерде көрсетілген жүйелер, объектілер, үдерістер және құбылыстар туралы нақты білімдерді жалпылау нәтижесі ретінде қарастырылады.

Қазіргі заманғы  ақпараттық технологияларды, мысалы, мәліметтер қоры, білімдер қоры, автоматтандырылған ақпараттық жүйелер, автоматтандырылған жобалаудың жүйелерін жалпылама қолдану адам қызметінің әртүрлі саласындағы есептерді шешуге әкеледі. Осы жағдайлар әртүрлі пәндік аймақтар үшін білімдерді формалдау қажеттілігін туындатады, ғалымдардың еңбектерінде анықталған информатиканы оқыту барысындағы төрт бағытқа сүйенеді:

- дүниетанымдық көзқарас (білім алушылардың бойында әлемнің  ақпараттық бейнесін көре білу, ақпараттық үдерістерді тану  және талдау іскерліктерін қалыптастырады);

- практикалық (ақпаратты өңдеудің әмбебап машинасы ретінде компьютерді тану);

- алгоритмдік (алгоритм туралы, алгоритмдерді көрсету және орындау туралы білімдерінің қалыптасуы);

- зерттеушілік (білім  алушыларда шығармашылық және  зерттеушілік қасиеттерді қалыптастыру).

Оқыту үдерісін қарастырудағы  маңыздылардың бірі – білім алушылардың ойлау қызметтерін зерттеу. Оқыту үдерісінің жетілдірілуінде ақпараттық технологиялар аймағында оқытудың мазмұны, әдістері және технологияларын, модельдерін әзірлеу негізге алынады.

Оқыту қызметтерін модельдеудің маңыздысы ақпараттық модельдеудің қазіргі замандық әдістері мен технологияларын қолдану болып табылады. Оқыту білімдердің нақты бір ұйымдастырылуын болжамдайды, сондықтан оқытудың маңызды элементі ретінде білімді формальдаудың әдістерін оқып-үйрену қарастырылады. Білімді формалдау тану нысанын, оның бөліктерін және таңбалық формада олардың арасындағы қатынастарды бейнелейді. Танудың нақты нысаны туралы білімді формалдау оның қасиеттерінің, бөліктерінің қасиеттерінің, нысан мен оның бөліктері арасындағы қатынастардың дәл сипатталуын және объекті туралы жаңа білімді алудың формальды тәсілдерінің бар болуын қарастырады. Білімдерді формалдау саласын зерттеу нәтижесі – ақпараттық және имитациялық модельдеу әдістерін әзірлеу. Бұл әдістер әсіресе, бағдарламалық қамтамасыздандырылуды әзірлеуде, мәліметтер қоры мен білімдер қорын жасауда айқын көрінеді. Ал болашақ информатика мамандығы үшін бағдарламалық жабдық әзірлеу, мәліметтер қорын және білімдер қорын құру негізгі де маңызды қызметтер екендігі 050602 - Информатика мамандығының білім беру стандартында көрініс тапқан. Мәліметтер және білімдер қоры әдіснамалық тұрғыдан қосымшалардың ақпараттық моделін машиналық жүзеге асуы ғана емес, компьютерде мәліметтер мен білімдерді ұйымдастырудың физикалық ұстанымдарын да бейнелейді. Қазіргі заманның даму кезеңінде Компьютердің қоғамдық маңыздылығы әртүрлі міндеттегі бағдарламалық жабдықталуының, күрделі әлеуметтік және техникалық жүйелерінің басқаруындағы мәліметтер және білімдер қорының кеңінен қолданыс тапқандығымен  анықталады. Аталғандардың барлығы адам-машина өзара әрекеттестігі арқылы жүзеге асады, себебі осындай жүйелердің қызметінде адам қажетті де, маңызды тұлға екендігі белгілі. Адам-машина жүйелерін жобалаудың маңызды мәселесі машинаның адаммен қарым-қатынасының формалары мен әдістерін әзірлеу. Бұл ақпараттық модельдеу кезеңінде адамның қолданатын ұғымдарының жүйесін мәліметтерді физикалық ұйымдастыруға әкелетіндігін байқатады.

Ақпараттандыру –  жеке және заңды тұлғалардың ақпаратқа  деген талаптарын қанағаттандыру мақсатында ақпараттық және коммуникациялық технологияларды пайдалану негізінде ақпараттық қорлар мен жүйелерді қалыптастыруға және дамытуға бағытталған ұйымдастырушылық, әлеуметтік-экономикалық  және ғылыми-техникалық үдеріс.

Қазіргі кездегі қайта  құрулар, экономиканы дамытудағы жаңа стратегиялық бағыттар, қоғамның жедел ақпараттануы мен қарқынды дамуы білім беруге қойылатын талаптарды да түбегейлі өзгертті. Әлемнің жетекші елдерінің көпшілігінің білім беру жүйесі білім берудің мақсатын, мазмұны мен технологияларын оның нәтижесіне қарап бағалайды. Қазіргі заманда білім берудің негізгі мақсаты білім алып, білік пен дағды-машыққа қол жеткізу ғана емес, солардың негізінде дербес, әлеуметтік және кәсіби біліктілікке – ақпаратты өзі іздеп табу, талдау және ұтымды пайдалану, жылдам өзгеріп жатқан бүгінгі дүниеде лайықты өмір сүру және жұмыс істеу болып табылады.

Модель ұғымы жүйелердің жалпы теориясының негізгі ұғымы, ал  модельдеу қуатты әдіс, тіпті көбінесе зерттеудің жалғыз әдісі болып та табылады. Зерттеудің бұл әдісі шынайы нысанды басқамен ауыстыруды, яғни материалды немесе идеалды түрімен ауыстыруды түсіндіреді. Кез келген нысанға қойылатын талаптың ең негізгісі оның нақты есептер шеңберінде оқып-үйренетін нысанға адекваттылығы, яғни сәйкестілігі және бар құралдармен жүзеге асырылуы. Нақты нысандар жасанды сызбалардың, суреттердің, карталардың модельдік ерекшеліктері арқылы сипатталуы мүмкін.

Модель және модельдеу  ұғымадарының түсіндірмесіне тоқталатын болсақ:

Модель (Model, simulator) – біріншіден, қасиеттері белгілі бір мағынадағы жүйенің немесе үдерістің қасиеттеріне ұқсас объектілер немесе үдерістер жүйесі; екіншіден, сериялы бұйымдарды жаппай өндіруге арналған үлгі, эталон; кез келген бір объекті жұмысы, мысалы, процессордың жұмыс істеуін модельдейтін бағдарлама немесе құрылғы. Ол материалдық нысан түрінде, математикалық байланыстар жүйесі ретінде немесе құрылымды имитациялайтын бағдарлама күйінде құрастырылады да, қарастырылатын нысанның жұмыс істеуін зерттеу үшін қолданылады; Модель төрт деңгейде түпнұсқаның гносеологиялық орынбасары бола алады: 1 - элементтер деңгейінде; 2 - құрылым деңгейінде; 3 - қалып-күй немесе қызметтік деңгейінде; 4 - нәтижелер деңгейінде. Модельдеу (simulation) – кез келген құбылыстардың, үдерістердің немесе нысан жүйелерінің қасиеттері мен сипаттамаларын зерттеу үшін олардың үлгісін жасау және талдау; бар немесе жаңадан құрастырылған нысандардың сипатын анықтау немесе айқындау үшін олардың аналогтарында (моделінде) нысандардың әр түрлі табиғатын зерттеу әдісі. Сипаты бойынша модельдер материалдық және идеалдық болып бөлінеді. Материалдық модельдеу нысанның геометриялық, физикалық, динамикалық және қызметтік сипатын нақты дәл береді. Идеалдық модельдеуге нысанның ойдағы бейнесі жатады. Ойша модельдеу тіл көмегімен іске асырылады.