Информатика мамандығы студенттерін имитациялық модельдеуге үйрету әдістемесі

3-аспектісі: үздіксіз немесе дискретті имитациялық модель.

Үздіксіз имитациялық  модель – айнымалылары уақытқа қатысты үздіксіз өзгеріп отыратын модель.

 

 

 

1.4. Имитациялық  модельдеудің аспектілері

 

Дискретті имитациялық  модель – шығыс айнымалылары бір мәннен екінші мәнге өзгеретін және аралық мәндерді қабылдамайтын, яғни дискретті мәндерге ғана ие болатын модель.

Сол себепті имитациялық  модельдеудің аспектілеріне сәйкес келесі арнайы құзырлылықтарды атап көрсетеміз:

• уақыттың нақты сәтіне немесе өзгеруіне байланысты жүйені модельдеу құзырлылығы;
• кездейсоқ немесе кездейсоқ емес құраушылары бар жүйені модельдеу құзырлылығы;
• айнымалылары уақытқа байланысты өзгеріп отыратын жүйені модельдеу құзырлылықтары.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Мюнхен техникалық университетінің  информатика факультетінің профессоры М.Брой «...информатика саласының  маманы техникалық аспектілермен бірінші  кезекте информатика әдістерін  қолданып, ақпараттарды өңдеудің жүйелерін жобалаумен қатар күрделі байланыстар мен үдерістерді сипаттау және модельдеуді қамтитын модельдерді жасау мәселелерін шеше білуі керек. Информатика маманының шеберлігіне модельденетін объектінің барлық қасиеттерінің ішінен модельдеуге қажетті маңыздыларын бейнелей білуі және пайда болған модельдерді есептегіш машиналардың көмегімен автоматты түрде өңделетін формальдауға көшіре білуі жатады» деген. 

Студенттердің болашақ информатика мамандығының бағыты бойынша жан-жақты теориялық білім алу және өздерінің білімдерін толық көрсете білу, білімді қабылдауға деген шығармашылықты және қазіргі замандық тәсілдерін игеру, күрделі бағдарламалық жүйелерді әзірлеу іскерліктерін, алдыларына қойған мақсаттарына жету, ғылыми жұмыстармен (жобалармен) шұғылдану, ғылыми жобалардан өздерінің жетістіктерге жетуіне және ол жетістіктерді талдай білу сияқты қабілеттіліктерінің толық ашылуына мүмкіндік жасау оқу үдерісінің алдына қойған басты мақсат болып табылады.

Имитациялық модельдеу  курсының күрделілігі және құзырлылық тұрғыда оқыту әдістемесіне инновациялық өзгерістерді енгізуді қажет етеді. Инновациялық дамытудың негізгі құралы ретінде ақпараттандыру құралдарын (ақпарат, ақпараттық модель) пайдалануға болады, яғни оқу үдерісін ақпараттық үдеріс ретінде қарастыру болып табылады.

Информатиканың негізгі  ұғымы болып табылатын ақпарат  ұғымы материяның барлығына жалпы атрибуты болып, және оның құрылымын бейнелей отырып, басқа атрибуттарға келтірілмейтін алғашқы ұғым болып табылады. Нақты ақпараттық байланыстар әртүрлі болғанымен информатиканың көмегімен оны аса мәнді емес пәндік бөліктерден ажыратып, абстракциялай отырып, ақпараттық модельге келтіру және осы модельдерді зерттеп қолданудың жалпы әдістемесін жасауға болады.

Имитациялық модельдеуді әртүрлі күрделі жүйелердің математикалық модельдері мен  компьютерді пайдалану арқылы эксперимент  жүргізуге бейімделген сандық әдіс деп анықтаймыз.

Бұл әдісті қолданудың негізі ретінде компьютер арқылы іске асырылатын арнайы модельдеуші алгоритм пайдаланады. Осы алгоритм, қарастырылып отырған күрделі жүйенің элементтерінің күйін, олардың бір-бірімен байланыстарын және әртүрлі  кездейсоқ ауытқулар әсерін ескере отырып, модельдеуге тиіс. Ал осы әртүрлі ауытқу факторларын бейнелеу үшін кездейсоқ сандар қолданылады.

Осы кездейсоқ сандардың  көмегімен неше түрлі ықтималдылық зандылықтарға бағынышты кездейсоқ шамалар, кездейсоқ үдерістер немесе кездейсоқ ағындарды компьютермен модельдеуге болады.

Айта кететін тағы бір жай, осы модельдеуші алгоритм, зерттеліп отырған жүйелерде өтіп жатқан үдерістерді суреттеген кезде олардың әртүрлі қарапайым  қадамын оның логикалық сұлбасына және уақыт тізбегіне сәйкес бейнелеу қажет.

Сонымен, модельдеуші  алгоритм, алғашқы берілген мәліметтерді пайдаланып, зерттеліп отырған үдерістердің  уақыттың әртүрлі сәттеріндегі  жағдайын болжауға мүмкіндік береді.

Осы айтылған деректерден  имитациялық модельдеудің  күрделі  жүйелерді зерттеуге  бейімделгенін  және де  басқа модельдеу әдістеріне қарағанда біраз артықшылықтары бар екенін байқауға болады. Сонымен қатар, жоғарыда келтірілген имитациялық модельдеудің аспектілеріне сәйкес арнайы құзырлылықтардың болашақ маманға қажет екенін және осы құзырлылықтар имитациялық модельдеуді оқытудың ақпараттық тәсілін жүзеге асырғанда ғана толық қалыптастыру мүмкіндігі туатынын көреміз.

Имитациялық модельдеудің негізгі артықшылықтарының бірі, онымен зерттелетін күрделі жүйелердің әртүрлі элементтерден тұра алатындығы. Мысалы, олардың бірі үздіксіз әрекетті болса екіншісі дискретті бола алады. Екіншіден бұл элементтер көптеген  күрделі мәнді ауытқулардың  әсеріне ұшырауы немесе оларда өтіп  жатқан үдерістер  өте үлкен және шиеленіскен өрнектермен бейнеленуі де мүмкін. Мұндай модельдеу ешқандай арнайы құралдар мен қондырғылар жасауды да қажет етпейді. Тағы бір айтып кететін жай, ол имитациялық модельдеу кезінде зерттеліп отырған жүйелердің бастапқы шарттары мен әртүрлі параметрлерінің мәндерін оңай өзгертуге болады.

Имитациялық модельдеу басқару жүйелерін автоматтандырғанда өте кең қолданылатынын атап өтпеуге болмайды. Осындай модельдеудің арқасында қаралып отырған үдерістердің басқаруға ыңғайлы параметрлері мен айнымалыларының мәндерін немесе нұсқау ақпараттарының ағынының ең тиімді бағыттарын анықтап, осы деректерді оптимальды басқару алгоритмдерін жасауда қолдана аламыз.

Имитациялық модельдеу  арқылы бірнеше басқару жүйелерінің әртүрлі принциптерін бағалауға да, болашақтағы жұмыс істеу қабілетін болжауға да болады.

Аталып өтілген артықшылығымен қатар имитациялық модельдеудің, басқа да сандық әдістерге тән, елеулі кемшілігі де бар. Ол осы әдіспен алынған нәтижелердің бастапқы берілген шарттар мен параметрлердің мәніне тікелей байланыстылығы, яғни  әр алынған нәтиже зерттеліп отырған үдерістердің алдын-ала белгіленген бір ғана күйіне сәйкес келетіндігі.

Алайда, осы өте елеулі кемшілігіне қарамастан, имитациялық модельдеу қазіргі кезде күрделі жүйелерді зерттейтін ең нәтижелі әдіс екені мәлім. Ал біраз жаңа жүйелерді жобалау кезінде имитациялық модельдеуден басқа ешқандай тәсіл осы жүйелердің болашақ уақыттағы жәй күйін болжай алмайды. Ақпараттық модель информатиканың негізгі ұғымы болып табылады және модельденетін нысан, байланыс, қатынас қасиеттерде болатын ақпараттық ағындардың сипаттамасын береді.

Егер жоғарыда атап өткендей оқу үдерісін ақпараттық үдеріс деп қарастыратын болсақ, онда оқу үдерісінде болатын оқытушы мен студенттің арасындағы өзара байланыс және осы өзара байланысты модельдеу имитациялық модельдеудің күрделі мәселелерін бөлшектеп, ақпараттық оқу бірлігі түрінде көрсетуге мүмкіндік береді. Ғылыми әдістемелік әдебиеттерде бұл тәсіл ақпараттық тәсіл деп анықталған.

Қазіргі заманда дидактикалық жүйені, оның ішінде оқыту мазмұнын жобалауда көбінесе технологиялық  тәсіл қолданылады.

Алдыңғы қатарлы технологиялық тәсілдер қатарына ғылыми әдебиетте ақпараттық тәсіл, жүйелік тәсіл қабылданған.

Өмірде адам қызметінің оқудан басқа да кез келген қандай да бір білімдердің, қандай да бір ақпараттарды меңгеруі мен қайта өңдеуімен тығыз байланысты. «Меңгеру» дегеннің өзі әртүрлі түсіндірілуі мүмкін. Ал білімді меңгеру дегеніміз не? Егер білім алушы оқу материалын өте жақсы айтып беретін болса, онда білім алушының осы материал бойынша білімді жақсы меңгергендігін айта аламыз ба? Егер білім алушы алған білімдерін тәжірибеде еркін қолдана білетін болса, кез келген жағдайда ол білімін алдына кездескен есепті шешуде қолдана алған болса, онда білім алушының осы оқу материалы бойынша білімді меңгергендігін айта аламыз. Білімді меңгеру білім алушының оқу әрекеттерін меңгеруімен құрылады, оқу әрекеттерінің негізінде ақпараттың әртүрлі көздері арқылы өз бетімен білімдерді меңгере алады.

Сонымен, ғылыми зерттеулерде ақпараттық тәсіл бойынша оқу  материалын тұтастай ақпарат, оқытушы ® студент байланысын ақпаратты беру каналы, ал студент ® оқытушы байланысын ақпаратты алу каналы деп қарастырылған. Оқытушы мен компьютер ақпарат көздері және де   студенттердің жеке және ұжымдық танымдық әрекеттерін басқару құралы ретінде қолдану көрсетілген.

Оқытудың ақпараттық тәсілін кибернетика тұрғысынан түсіндіре келе және жоғарыда айтылған оқу үдерісінде оқытушы мен студент арасындағы байланысын имитациялық модельдеу пәнін оқытуға қатысты 10-суретке сәйкес былайша бейнелеуге болады:

 

 

 

 

 

 

 

Оқыту үдерісінде ақпараттық тәсілді қолдануда оқу ақпаратын алу және меңгеру, алынған білімдеріне логикалық бағалау жасай отырып, құбылыстарды талдау және болжамдау іскерліктерін қалыптастыру, объективті көрсеткіштерді қолданатын жүйелерде ақпараттық қозғалысын тексеру, дәлелдеу әдістерін меңгеру сияқты әрекеттерді басты әрекеттер ретінде санайды.

Ақпаратты олардың логикалық байланысын сақтай отырып,  мағыналық бірліктерге, яғни оқу бірліктеріне жіктеп, оқыту үдерісінде графтар, талдау, синтез әдістерін өнімді пайдалануға болады.

Білімді меңгерудің психологиялық теориясымен қатар оқытудың әдістерінің жетілуіне кибернетиканың пайда болуы да мол ықпалын тигізді. Ол оқыту үдерісін «ақпараттық аспектіде», яғни білім алушыларды оқыту үдерісіне ақпаратты түрлендіру ұғымдарын, әдістерін және теориялық заңдылықтарын қолдану мүмкіндіктерін қарастыруға әкелді. Ақпарат деп беру, сақтау және өңдеу объектісі болып табылатын кез келген мәліметтер, ал оқыту деп білім алушының танымдық қызметін сыртқы басқару жолымен жүзеге асырылатын және ақпаратты меңгеруге, білім беруге, сондай-ақ білім алушының танымдық қабілеттерін дамытуға әкелетін мақсатты түрдегі үдеріс түсіндіріледі.

Компьютерлік білім  беру екі аспектіде қарастырылады. Бір жағы - әлемге қарым-қатынас жасаумен, жеке тұлғаның дамуымен байланысты, ал екінші жағы – ақпараттық, формальды-логикалық, когнитивті-операциялық аспектіге байланысты. Соңғысы компьютерлік білім берудің ақпараттық аспектісі, осы аспектінің тәсілін ақпараттық тәсіл деп қарастырады.

Компьютерлік білім  берудің мақсаттарының ішінен ақпаратпен сауатты жұмыс жасау қабілеттілігін дамыту, информатиканың курстар жүйесіндегі оқу пәндеріне, соның ішінде имитациялық модельдеу оқу пәні үшін ақпараттық тәсіл табиғи болып табылады.

 

 

Ақпараттық тәсіл білім  берудің мақсатын ақпараттық әлемде қызмет жасай білу тәжірибесін меңгеру, яғни оқытуда ақпараттық аспектінің приоритеті ақпаратты меңгеру, оны өңдей білу, қоршаған ортаның құбылыстары және объектілері туралы білімдерді меңгеру деп анықтайды.

Оқу материалының күрделілігіне  және пәнаралық немесе тақырыптардың арасындағы байланыстың бар болуына байланысты ақпаратты беру-қабылдаудың ақпараттық деңгейі ұғымы енгізілген. Ақпаратты беру-қабылдаудың ақпараттық деңгейлерін қарастырайық:

1. Материалды берудің қарапайым ақпараттық деңгейі, яғни оқу материалын беру-қабылдау барысында басқа пәндердің (тақырыптардың) білімдері қажет болмайды.
2. Күрделі ақпараттық деңгей – оқу материалын беру-қабылдау барысында басқа пәндердің (тақырыптардың) білімдері қажет болады. Бұл деңгейде педагогикалық үдеріске сұхбаттық құрылыс тән, яғни

- сұрақ-жауап;

- басқа пәндерден (тақырыптардан) ұғымдардың меңгеру мен жаңа ұғымдармен байланысты талдау деңгейі;

- жалпылау және басқа ұғымдарға көшу.

3. Мәселелік ақпараттық деңгей – ақпараттың мәселелігімен және білім алушының ақпаратты қабылдауының мәселелілігімен байланысты, яғни бұл үлкен көлемді ақпараттың салдарынан оқып-үйретілетін объект туралы мәліметтердің жетіспеушілігіне байланысты.

Осы деңгейде оқыту үдерісі төмендегі қадамдар бойынша орындалады:

- мәселені қою;

- бірлесе шешу;

- нәтижелерді алу және талдау;

- мәселені шешудің тәжірибесін басқа жағдайларда қолдану, яғни ұқсас мәселелерді шешудің талдау-синтездеу тәсілін қалыптастыру.  

 

 

2. ИНФОРМАТИКА МАМАНДЫҒЫНЫҢ  СТУДЕНТТЕРІН ИМИТАЦИЯЛЫҚ МОДЕЛЬДЕУГЕ  ОҚЫТУДЫҢ ӘДІСТЕМЕЛІК ЕРЕКШЕЛІКТЕРІ

2.1 Имитациялық модельдеуді оқытудың ақпараттық құралдары

 

Оқыту құралы дегеніміз  жаңа білімді меңгеру үшін оқытушы  мен студенттің пайдаланатын материалдық  немесе идеалдық нысаны.

Оқыту құралдары оқыту  әдістерімен әрқашан үйлесімділікте болады. Себебі, оқыту әдістері «қалай оқыту керек?» деген сұраққа  жауап беретін болса, оқыту құралдары «немен (ненің көмегімен) оқыту керек?» сұрағына жауап іздейді.

Оқытушының оқыту құралдары  туралы білімі мен оларды оқыту үдерісінде қолдана білу шеберлігі пәнді оқытудың тиімділігін арттыруға мүмкіндік береді.

Қазіргі ақпараттық қоғамның дамуына сай білім беру үдерісінде компьютерлік техниканың қолданылуы ерекше орынға ие. Осыған байланысты оқыту құралдарының қатарын жаңа ақпараттық оқыту құралдарымен толықтыруға болады. 

Қазіргі қоғам ақпараттандыру деп аталатын жалпы тарихи үдеріске енгені барлығына аян. Заман талабына сай ақпараттық технологиялар – оқытудың жаңа құралы ретінде қолданыла бастады.

«Оқытуда компьютерлік технологияларды орынды қолдану мәселесі педагогиканың философиялық және әдіснамалық мәселесі» болып табылады.