Информатика мамандығы студенттерін имитациялық модельдеуге үйрету әдістемесі

Имитациялық модельдеуді  болашақ информатика мамандарына  оқытудың мақсаты – имитациялық  модельдеу тұрғысынан теориялық  білімдерді қамтумен бірге, алынған  білімдерді, біліктерді және дағдыларды әртүрлі нысандарды, құбылыстарды немесе үдерістерді модельдеуде практикалық қолдануға үйрету, яғни күрделі жүйелерді зерттеу, жобалау және қолдануда имитациялық модельдеудің теориясын, әдістерін және технологияларын игерту болып табылады.

Имитациялық модельдеу пәнін оқып-үйренудің нәтижесінде студенттер мынаны білуі керек:

- имитациялық модельдеудің  негізгі түсініктерін;

- имитациялық модельдеудің  бағдарламалық қамтамасыздандырылуын;

- имиатциялық модельдеудің парадигмаларын және оларды қай жағдайларда қолдануды.

Имитациялық модельдеу  пәнін оқып-үйренудің нәтижесінде  студенттер мынаны істей білуі керек:

- күрделі жүйелердің  типтік кластарын және модельдеу  әдістерін, күрделі жүйелердің  қызметінің үдерісін моделін құру принциптерін, Монте-Карло әдісін қолдануды;

- жүйелерді зерттеу,  жобалау және қолдану кезінде  жүйелік әдістерді қолдануды,  модельдеуші алгоритмдерді құрастыруды  және оларды имитациялық модельдеудің  қолданбалы бағдарламалық пакеттерінде  жүзеге асыруды.

И.Я.Лернер білім берудің мазмұнын педагогикалық түрде білімнің, қызметтің тәсілдерінің, шығармашылық қызметтің тәжірибесі, әлемге және әртүрлі қызметке деген эмоционалды-құныдылықтардың тәжірибесінің бейімделген жүйесі ретінде қарастырады. Ол білім берудің мазмұнын былайша деңгейлеп қарастырады: 1) жалпы теориялық түсініктердің деңгейі; 2) жалпы білім берудің мазмұнының негізгі минимумының жоғарғы көлденең бақылау деңгейі; 3) оқу пәні деңгейі; 4) оқу материалының деңгейі; 5) оқу үдерісі деңгейі. Аталған 6 деңгейде білім берудің құрамы, құрылымы, элементтердің қызметі және элементтер арасындағы байланыстар сақталады.

Оқыту әдістері – білім  беруші мен білім алушының бірлесе  отырып, оқытудың дидактикалық міндеттерін  шешуге бағытталған әрекет тәсілдері.

Оқыту әдістерінің элементтеріне  оқытушы, студент, оқытудағы іс-әрекет, оқыту мақсаты және оқудағы іс-әрекет жатады. Осы оқыту әдісінің элементтерінің арасындағы байланысты Н.И.Рыжова төмендегідей бейнелейді (13-сурет):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

13-сурет. Оқыту әдісінің элементтері және олардың өзара байланысы

 

Жоғары оқу  орнындағы нақты оқу пәнін  оқытудың әдісі деп оқыту мақсаттарын  шешуге бағытталған оқытушы мен  студенттің бірлескен қызметінің реттелген  тәсілдері деген анықтамаға сүйенетін болсақ, онда имитациялық модельдеу пәнін оқытуда оқытушы мен студенттің арасындағы өзара байланысын 13-суреттегі оқыту әдісінің элементтері және олардың өзара байланысы түрінде қарастыруға болады. Оқыту әдісінің элементтерінің арасындағы өзара байланысы нәтижелі болуы үшін, оқытушының оқыту іс-әрекеті мен студенттің оқу іс-әрекетін жүзеге асыратын оқыту құралдарын іріктеп-таңдап оқу мақсатына сай алу керек.

Имитациялық модельдеу  курсын оқыту барысында жұмыстың 1.2 бөлімінде қарастырылған оқытудың ақпараттық тәсілін қолдану табиғи болып табылады. Ақпараттық тәсілмен білім беру үдерісін сипаттау үшін жүйелер теориясы және ақпараттық статистикалық теориясы терминологиялары қолданылады: ұғым моделі, іздеу моделі, функционалды-детерминделген және стохастикалық модельдер, байланыс каналдары және т.б.

Информатика курсының тұжырымдамаларын құруды зерттеу нәтижесінде информатикада, ең алдымен, «білім» мен «іс-әрекет» арасындағы өзара мықты байланыстың бар екендігі, екінші жағынан, «нақты реалдық» пен «виртуальдық» арасындағы жіңішке қыры нақты көрінетіндігі айтыла келе, ақпараттық техника мен технологияның дамуына сәйкес реалдық (материалдық) нысандар мен идеалдық (абстрактылық) нысандарды дәстүрлі қарастырмай, оған виртуалдық нысанды қосудың уақыт жеткендігі ерекше көрсетілді.

«Виртуалдық» ұғымы латынның «virtualis» деген сөзінен шыққан, ол мүмкін, қандай да бір анықталған жағдайларда көрінуі қажет немесе көріне алатындық мағынасын білдіреді. Кванттық механикада виртуалдық бірлік деп, ол аралық қалыпта (бақыланбайтын жағдай) – физикалық бірліктердің өзара байланысы мен бір түрден екінші түрге айналуын айтады.

Виртуалдық мәселесін қозғай отырып, оны қазіргі заманның, адамның трагедиясы деп те айтылған пікірлер бар. 

Білім, оны алу мен  беру негізі болып табылатын қоғамның ақпараттану кезеңі білім беру жүйесінің  жаңа талаптарын меңгеру, модельдері мен әдісі-нысандарын білім алушылардың болашақ еңбектік қызметіне қолдануға даярлаудың сапалы болуына қажетті болып табылады. Белсенділік танытуға байланысты екі субъектінің білімін әдістік және модельдік оқытудан әр түрлі екі дидактиканы көруге болады. Білім берудегі жаңа технологиялар оқытуда студенттерде қабылдаудың визуальды, аудиальды және кинестикалық түрлерін қамтитын тиімді коммуникациямен қамтамасыз етеді. Оқытудың коммуникативті және авторитарлық әдістерінің байланысы мен оқыту түрлеріне сай құралдары оқытудың авторитарлы, өзіндік оқыту, интерактивті және диалогиялық өзіндік оқыту тәрізді модельдерін анықтауға мүмкіндік береді.

Оқыту үдерісінде студент пен оқытушы оқытудың мақсатын айқындайтын төмендегідей оқу нәтижесіне қол жеткізу керек:

- таныстыру - білім  беру аясындағы нақты түсініктер  мен процедуралармен таныстыру;

- негізін қалау - негізгі  түсініктер мен процедураларды  айту, қайталау қабілетін қалыптастыру;

- игеру - пәндік қызметте  негізгі түсініктер мен процедураларды  тиімді қолдану;

- толық меңгеру –   шеберлік - аталған сала бойынша  негізгі түсініктер мен процедураларды  тиімді қолдана біліп, басқаларға  білімді меңгеруге көмектесу.

Интерактивті оқыту  білім алушылардың белсенділігі мен әрекетінің (бастамасының) бағыттары  бойынша топішілік және топаралық болып жоспарланады. Білім алушылардың белсенділігі негізінде интерактивті оқытуды  физикалық, әлеуметтік, танымдық деп үш топқа бөлуге болады. 

Интерактивті оқытудың ерекшелігі-нақты қолданысқа байланысты, ол шынайы оқыту – мінез-құлық психологиясы бөлімі болып табылады.                    И.Павловтың оқыту теориясы (бихевиоризм),  Д.Уотанның (шартты рефлекс) және Б.Сикиннер (қалыптастыру теориясы) еңбектерінде кездеседі. Оқытудың шынайы кезеңі адамның рефлекциялық мінез-құлық негізінде пайда болып, мінез-құлық пен негізгі бақылауды жүзеге асырады. Өзіміздің және басқа адамдардың арасындағы қолданыстағы негіз бақылау мен рефлекция табылады.    Адамды бақылау негізі ол абстрактілі көрсеткіш және ұғым, өйткені нақты және моделдік, туындау жағдайлары мен әр түрлі гипотезасы ретінде көрінеді. Өткен тәжірибеге сүйене отырып, мынадай қорытындыға келуге болады: яғни адам өзінің тиімді әрекетін қалыптастырып, қажетсізіне бой бермейді.

 Интерактивті оқытудың  айырықша белгілеріне 

1) белсенділік (әлеуметтік, танымдық);

2) ынта (әрекетке бағытталу);

3) тәжірибе алмасу  негізіндегі өзара әрекет;

4) кері байланыс;

5) мәселені шешу;

6) топты ұйымдастыру  дағдыларына ие болу жатады.

Барлық оқу циклі, нақты  тәжірибеге сүйене отырып, төмендегідей төрт сатыны құрайды:

1) нақты тәжірибе -  жаңа тәжірибені қабылдау;

2) рефлексия - нақты  тәжірибе мен әр түрлі көзқарастар  мен бағыттарды оның интерпретациясын  сұрыптау;

3) концептуалдық тәжірибе - жеке теория бойынша мәліметтерді  бақылауды ретімен көрсету мен  түсіндіруді талдау, толықтай түсінік беру;

4) эксперименттік белсенділік  - жаңа тәжірибеге қол жеткізіп, мәселені шешу үшін теориялық  негізді тәжірибеде  қолдана білу қабілеті және амал тәсілі.

Интерактивті оқытудың негізінің бірі ол  оқытушы мен  студенттің өзара кері байланысы да бола алады. Мұндай оқыту білім алушының білімін бағалау әрекетіне өз уақытында нәтиже шығаруына, сонымен қатар оқу үдерісіндегі әдістемелік өзгерістер мен енгізілген қосымшаларды алу бойынша мәліметтерді қолдануға пайдаланылады. Білім алушылардың кері байланысы білім алудағы нәтижені бағалаудағы аралық комулятивтік көмектің жоспары негізінде позитивті констркуцияның өзгерістері немесе тиімді тәжірибені фиксациялаудың негізгі тиімділігін жүзеге асыруға байланысы болуы мүмкін.

Педагогикада оқытудың бірнеше моделін атап көрсетуге болады:

1) пассивті –  студент оқытудың «объектісі»  ролін атқарады (тыңдау және көру) 

2) активті (белсенді)  студент оқытудың «субъектісі» болып шығады (өзіндік жұмыс, шығармашылық жұмыс, лабораториялық-практикалық жұмыс)

3) интерактивті. Оқыту процесі барлық студенттердің  тұрақты белсенді өзара қарым-қатынасы  арқылы жүзеге асырылады. Студент  пен оқытушы оқытудың тең құқылы  субъектісі болып табылады.

Оқытушы мен студенттің өзара әрекеттесу формасының жүйесі  оқу үдерісінде көздеген мақсатқа жетудің құралы болып табылады.                                И. Ю. Сероусов «оқытушы» мен – «студенттің» өзара әрекеттесуінің келесі моделін (25-сурет ) ұсынды.

 

 Оқытушы                                                             Студент

                                     Себеп-бағдарлы ортасы 

              (УБ)                                                                      (УБ)

                          

                                Операциялы –ақпараттық ортасы

              (ОА)                                                                       (ОА)

 

                              Тұлғаның эмоционалдық ортасы

              (ТЭ)                                                                        (ТЭ)

 

25-сурет Оқытушы мен студенттің өзара әрекеттесуі

 

Мұндай өзара әрекеттесуде студент пен оқытушының үш ортасы көрсетілген: уәждік-бағдарлы, операциялы–ақпараттық, эмоционалдық. Оқу үдерісінде оқу  үдерісі мен оқыту үдерісінің бірлескен қызметі деп танындық іс-әрекеттің белсенділігі мен танымдылық белсенділік категорияларының бірлігін қарастырамыз. 

Р.А. Низамов оқу қызметінің белсенділігі деп, «студенттің білімді  меңгеру, икем-дағдыларын оятып, белсенділігін, шығармашылығын арттыруды мақсат еткен оқытудың әдіс-тәсіл, түрлерін жандандыруға бағытталған оқытушының мақсатқа жетуді көздеген іс-әрекетін анықтайды. Ол осы мәселелердің шешімі мына негіздерге байланысты деп табады.

а) Студенттің оқу әрекетін белсендендіретін әдіс-тәсілдердің  дидактикалық жүйесін өңдеу.

б) Оқытушының өзіндік  әрекетінің белсенділігін арттыратын әдіс-тәсілдермен қаруландыру.

в) Студентті оқудың әдіс-тәсілдерімен қаруландырып, қажетті икем-дағдыларын қалыптастыратын белсенді оқу еңбегімен  қамтамасыз ету». Ең  

2.3 Педагогикалық тәжірибені жүргізу және оның нәтижелері

Педагогикалық эксперимент  зерттеу болжамының дұрыстығын негіздеу үшін жүргізілетіні белгілі. Ю.К. Бабанскийдің айтуы бойынша педагогикалық эксперимент басқа эксперименттерге қарағанда оқыту мен тәрбиелеудің аймағында қандай да бір жаңа енгізулердің тиімділігін тереңірек бақылауға, педагогикалық үдеріс құрылымында әртүрлі факторлардың мәнділігін, маңыздылығын салыстыруға, сәйкес жағдайлар үшін олардың үйлесімділігін, нақты педагогикалық міндеттерді жүзеге асыру үшін қажет шарттарды айқындауға мүмкіндік береді.

Болашақ информатика  мамандарын имитациялық модельдеуге құзырлылық тұрғыда оқыту олардың кәсіби құзырлылықтарының қалыптасуына үлкен ықпал жасайды. Имитациялық модельдеуге оқыту мазмұнын анықтау мақсатында имитациялық модельдеуді оқытуға арналған ғылыми-әдістемелік зерттеулерді оқып-үйрену, оқытушылар мен студенттер арасында сауалнама жүргізу жатады. Педагогикалық эксперименттің осы кезеңінің мақсаттарының бірі – имитациялық модельдеудің ұғымдық аппаратын, терминологиясын нақтылау, имитациялық модельдеуге оқытудың болашақ информатика мамандарының кәсіби құзырлылықтарының қалыптасуына әсерін анықтау болып табылады.

Педагогикалық эксперименттің қалыптастырушы кезеңінде әдіскер-мамандармен, оқытушылармен және студенттермен сауалнама жүргізу және әңгімелесу сияқты зерттеу әдістері қолданылады

Имитациялық модельдеу  ғылыми зерттеу әдісі ретінде  білім беру жүйесінде де қолданылады. Имитациялық модельдеу компьютер арқылы орындалады, оған зерттелетін жүйенің параметрлерімен, яғни бастапқы ақпарат пен алғашқы шарттар мен үдеріс жағдайының сипаттамаларын байланыстыратын математикалық модельді енгізеді. Осы мәліметтер мен қоршаған орта тарапынан қандайда бір кездейсоқ әсерлер туралы жорамалдары негізінде компьютер зерттелетін үдерістің шығыс параметрлері мен басқа сипаттамаларын анықтайды. Кездейсоқ әрекеттерді модельдеу барысында шамалардың үлестірілуі теориялық заңдар негізінде немесе эксперименттік мәліметтермен анықталады.

Оқыту үдерісінің имитациялық модельдеуінің мақсаты оның төмендегі сипаттамаларын талдау болып табылады:

- студенттерді оқытуға уақыттық шығындар;

- студенттердің алатын  білімнің көлемі;

- оқытудың құралдары  мен әдістерінің тиімділігі;

- білім беру үдерісінің сапасы.