Система інформаційного моделювання у підготовці майбутніх учителів математики та інформатики

Abstract

У дисертації розроблено теоретично обгрунтовану методичну систему навчання інформаційного моделювання у підготовці майбутніх вчителів математики та інформатики. Визначена система компетентностей з інформаційного моделювання для вчителів інформатики та математики. Обгрунтована і розроблена методична система формування компетентностей з інформаційного моделювання майбутніх вчителів інформатики та математики при вивченні дисциплін професійної і практичної підготовки. Розроблено комплекс вимог до функціональності та інтерфейсу педагогічних програмних засобів, призначених для автоматизації моделювання. Розроблено педагогічний програмний засіб Granl для ОС Windows для автоматизації дослідження математичних моделей різноманітних об’єктів, який за допомогою технологій віртуалізації або емуляції можна використовувати при роботі з усіма сучасними операційними системами. Розглянуто підходи до формування у студентів компетентностей щодо створення математичних педагогічних програмних засобів на основі вивчення можливостей використання і вихідного коду програми Granl. Розроблено методику формування у студентів компетентностей щодо інформаційного моделювання при вивченні баз даних та основ штучного інтелекту. Запропоновано підходи до формування у студентів системи компетентностей щодо інформаційного моделювання при дослідженні стохастичних моделей, вивченні основ алгоритмізації, чисельних методів, розглянуто приклади опрацювання засобами інформаційних технологій інформаційних моделей у галузі біології. Експериментально перевірено ефективність запропонованої методичної системи навчання інформаційного моделювання в навчальному процесі вищого педагогічного навчального закладу.

В диссертации разработана теоретически обоснованная методическая система обучения информационному моделированию при подготовке будущих учителей математики и информатики. Определена система компетентностей в области информационного моделирования. Обоснована и разработана методическая система формирования компетентностей в информационном моделировании будущих учителей математики и информатики, которая реализуется в процессе их профессиональной подготовки. Приведены различные подходы к определению понятий модели и моделирования, рассмотрена классификация видов моделирования. На основе проведенного анализа были сделаны следующие выводы: в информатике рассматриваются методологические принципы построения информационных моделей конкретной предметной области и их исследования. Информационное моделирование позволяет на более высоком уровне установить целостное знание об окружающем мире, усилить фундаментализацию содержания образования. Умение строить информационные модели и оперировать ими является неотъемлемой составляющей системы компетентностей современного учителя математики л информатики. Рассмотрены теоретические и практические основы методики формирования у студентов системы компетентностей относительно создания математических педагогических программных средств. Рассмотрены такие важные в программировании концепции, как парадигма и технология программирования. На основе рассмотренных подходов к созданию математических педагогических программных средств, требований к педагогическим программным средствам, критериев качества педагогических программных средств были сформулированы требования к функциональности и интерфейсу педагогических программных средств, предназначенных для автоматизации моделирования, а на основании этих требований была разработана программа Granl. Рассмотрены подходы к формированию у студентов компетентностей в создании математических педагогических программных средств на основе изучения возможностей использования и исходного кода программы Granl. В результате проведенного исследования установлено, что применение средств современных информационно-коммуникационных технологий позволяет на качественно новом уровне изучать не только собственно информатику, но и любые другие дисциплины, в частности математику, применяя и развивая навыки информационного моделирования при решении математических задач с помощью специализированных пакетов математических программ. Овладение такими математическими пакетами в курсе информатики позволяет студентам сосредотачивать основное внимание именно на этале поиска адекватных информационных моделей задач из соответствующей предметной области, построении на их основе математических моделей и анализе этих моделей средствами математической программы. В ходе использования программы студенты определяют числовые характеристики соответствующих объектов, устанавливают связи между объектами, осуществляют их визуализацию без проведения громоздких вычислений. Все это побуждает студентов к проведению исследований, экспериментов, догадок и открытий, привносит элементы творчества в их учебную деятельность. В работе рассмотрены современные тенденции в создании и исследовании информационных моделей хранения и обработки больших объемов структурированных данных. Проанализированы модели данных, применяемые в современной теории баз данных (иерархическая, сетевая, реляционная, модель SQL, ER-модель). Предложены подходы к созданию, анализу и работе с этими моделями в среде СУБД Libre Office Base. Детально описаны наиболее важные модели представления знаний в системах искусственного интеллекта (продукционные правила, семантические и нейронные сети, модель доски объявлений, фреймовая модель, модель логики предикатов). Приведены методические рекомендации относительно применения декларативного языка программирования Пролог к решению задач из сферы искусственного интеллекта. Предложены подходы к формированию у студентов системы компетентностей в информационном моделировании при исследовании стохастических моделей, изучении основ алгоритмизации, численных методов, рассмотрены примеры обработки средствами информационных технологий информационных моделей в биологии. С целью определения сформированности системы компетентностей в области информационного моделирования у будущих учителей математики и информатики на протяжении 1996-2011 годов проводился педагогический эксперимент. Результаты эксперимента подтвердили эффективность предложенной методической системы обучения информационному моделированию в учебном процессе в высшем педагогическом учебном заведении.

The dissertation develops, theoretically grounds and experimentally verifies the main provisions of formation of the system of competencies in information modeling of future teachers of computer science. The system of competencies regarding information modeling is defined. The methodical system of study information modeling, that is realized in the course of professional training of future teachers of mathematics and computer science, is grounded and developed. The complex of requirements for functionality and interface of educational software designed to automate modeling is worked out. The pedagogical software Granl for Windows available for use in all modern operation systems with the help of virtualization or emulation, for automatization the study of mathematical models of various objects, is created. The approaches to the formation of students' competencies in development of mathematical educational software based on a review of features and source code Gran 1 are considered. Directions of formation of students' competencies in information modeling in the study of database and the foundations of artificial intelligence are elaborated. The issues related to information modeling in the study of the foundations of stochastic, foundations of algorithms, numerical methods and information models in biology are investigated. Tire effectiveness of the proposed system of study of information modeling in the educational process of higher educational institutions is experimentally verified.