Главная Коллекция "Revolution" Педагогика Развитие познавательной активности обучающихся при решении задач оптимизации в 7-9 классах

Развитие познавательной активности обучающихся при решении задач оптимизации в 7-9 классах

Средства формирования познавательной активности учащихся в общеобразовательном курсе информатики. Методические аспекты ее развития у детей. Организация образовательного процесса по решению задач оптимизации. Результаты апробации предложенной методики.

Рубрика Педагогика
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 07.09.2017
Размер файла 820,4 K
рефераты на заказ со скидкой

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Страница:

Размещено на http://www.allbest.ru/

РАЗВИТИЕ ПОЗНАВАТЕЛЬНОЙ АКТИВНОСТИ ОБУЧАЮЩИХСЯ ПРИ РЕШЕНИИ ЗАДАЧ ОПТИМИЗАЦИИ В 7-9 КЛАССАХ

Оглавление

Введение

Глава 1. Теоретические аспекты развития познавательной активности при решении задач в основной школе

1.1 Познавательная активность обучающихся как необходимое условие реализации требований ФГОС основного общего образования

1.2 Различные средства формирования познавательной активности обучающихся в общеобразовательном курсе информатики

Глава 2. Методические аспекты формирования познавательной активности на основе решения задач оптимизации в курсе информатики в 7-9 классах

2.1 Сущность задач на оптимизацию в школьном курсе информатики

2.2 Организация образовательного процесса по решению задач оптимизации в 7-9 классах

2.3 Результаты апробации методики формирования познавательной активности

Заключение

Список литературы

Введение

В настоящее время важнейшим условием эффективности системы образования является способность гибко реагировать на активно изменяющийся мир. На первый план выдвигается развитие личности учащегося, в особенности умение учиться самостоятельно. Развитие самостоятельной учебной деятельности учащихся должно сопровождаться формированием личностных способностей, таких как: самостоятельно ставить учебные цели, планировать пути к их достижению, прогнозировать результат.

Поэтому основная задача педагога состоит в том, чтобы, адаптируя учебный процесс к особенностям обучения и развития личности школьников, помочь учащимся раскрыть и развить те способности, которые позволили бы им максимально реализовать себя в окружающем мире.

Таким образом, актуальность темы исследования обусловлена тем, что использование в курсе информатики задач оптимизации позволяет эффективно формировать ряд новых образовательных результатов (личностных, метапредметных, предметных) в соответствии с ФГОС ООО. Решение всевозможных задач на оптимизацию способствует удовлетворению познавательного интереса обучающихся и поэтому происходит развитие их познавательной активности (познавательных УУД). Особую значимость при решении оптимизационных задач имеют средства информационных технологий. Современный человек должен уметь решать задачи оптимизации (экономические, социальные, технические, технологические, транспортные и др.) самыми разными инструментальными средствами.

Объект исследования - процесс изучения информатики в основной школе.

Предмет исследования - методика формирования познавательных универсальных учебных действий при обучении задачам оптимизации в основной школе.

Цель исследования - состоит в разработке и обосновании методики формирования познавательной активности при решении задач оптимизации в основной школе.

В соответствии с целью определяются задачи исследования:

1) проанализировать научно-методическую, психолого-педагогическую литературу в области современного состояния формирования познавательной активности;

2) выделить умения, соотнесенные с содержанием курса информатики основной школы, способствующие формированию познавательной активности при обучении информатике в основной школе

3) предложить и обосновать технологии, формы и методы организации образовательного процесса, направленные на эффективное формирование познавательной активности при обучении информатике на основе концепций развивающего обучения и деятельностного подхода с учетом возрастных и психолого-педагогических особенностей учащихся;

4) разработать практикум по решению задач оптимизации, направленный на формирование познавательной активности;

5) апробировать эффективность разработанной методики формирования познавательной активности в курсе информатики основной школы.

В процессе работы для решения поставленных задач использовались различные методы исследования:

· изучение и анализ научной, психолого-педагогической, методической и специальной литературы по проблематике исследования;

· анализ ФГОС ООО, учебных программ, учебников и методических пособий по информатике;

· изучение и обобщение опыта обучения информатике;

· педагогический эксперимент, его анализ.

Научная новизна и теоретическая значимость выполненного исследования:

· выделены основные умения, характерные для обобщенных способов информационной деятельности, соотнесенные с содержанием курса информатики основной школы, способствующие формированию познавательной активности при обучении информатике в основной школе;

· предложена и научно обоснована организация образовательного процесса, основанная на деятельности учителя и отборе образовательных технологий, методов и форм обучения на уроках информатики по следующим основаниям: делать учение мотивированным, творческим и на основе совместной учебно-познавательной деятельности группы учащихся под руководством учителя;

· предложен практикум учебно-познавательных задач, обеспечивающих формирование познавательной активности и направленных на освоение обобщенных способов информационной деятельности учащихся при обучении информатике.

Практическая значимость исследования заключается в том, что разработаны учебные материалы по формированию познавательной активности в курсе информатики для использования их в учебном процессе в 7-9 классах и подготовлены методические рекомендации по их использованию в образовательном процессе.

Данная работа состоит из введения, двух глав, заключения и списка литературы.

Глава 1. Теоретические аспекты развития познавательной активности при решении задач в основной школе

1.1 Познавательная активность обучающихся как необходимое условие реализации требований ФГОС основного общего образования

Рассматривая понятие "познавательная активность" в первую очередь следует отметить, что ее сущность определяется как прижизненно развивающееся интегральное качество личности, источником которого являются потребности. Факторами формирования данного явления выступают определенные внешние и внутренние силы, условия, влияющие на психику личности.

Высокие темпы развития и совершенствования науки и техники, а также потребности общества и государства в специалистах, которые могли бы самостоятельно и быстро мыслить и принимать важные решения обостряют проблему активности познавательной деятельности учащихся, которое принимает особо важное значение в школьном образовании.

Эти задачи можно решить только в условиях активного обучения, которое заставит учащихся мыслить. Активное обучение с помощью активных методов заставит проявиться интересу у учащихся к учебе непосредственно, к обогащению знаний и сформирует их познавательный интерес.

Проблема развития познавательной активности обучающихся была рассмотрена в различных трудах выдающихся педагогов и психологов. Я.А. Коменский, К.Д. Ушинский связывали познавательную активность с естественным стремлением школьников к познанию. А.К. Маркова, В.П. Лозовая, Ж.Н Тельнова, Г.И Щукина и другие также анализировали особенности познавательной деятельности и способы ее активизации у школьников.

Проблема активизации познавательной деятельности школьников на всех этапах развития образования является одной из актуальных, так как активность является неоспоримо необходимым фактором умственного развития личности.

В основном, проблема формирования познавательной активности у каждой отдельной личности сводится к формированию мотивации познавательной деятельности, а также к формированию познавательного интереса.

Термин "познавательная активность" разные ученые трактуют по-разному. Одни уравнивают активность с деятельностью, другие считают активность непосредственным продуктом деятельности, остальные же уверены, что активность - более широкое понятие, чем просто деятельность.

В настоящее время происходит обновление содержания и структуры образования, введения системно-деятельностного подхода, и сейчас проблема развития познавательной активности учащихся звучит по-новому и нуждается в дальнейшем осмыслении. Наше время - время перемен. Компьютер сегодня проникает во все сферы жизни, становясь инструментом решения многих задач. Сегодня нашей стране нужны творчески мыслящие люди, способные быстро принимать нестандартные решения.

Познавательную активность обучающихся в соответствии с концепцией ФГОС можно отнести к одному из видов УУД. Как известно, существует 4 вида УУД: личностные, регулятивные, коммуникативные и познавательные. Если рассматривать отдельно познавательные УУД, то мы увидим весь спектр действий, необходимых для повышения познавательной активности. В соответствии с программой развития УУД, к познавательным действиям относятся: общеучебные; логические учебные действия; постановка и решение проблем. Выделяют следующие типы познавательных универсальных учебных действий:

Общеучебные действия:

§ самостоятельное выделение и формулирование познавательной цели;

§ поиск и выделение необходимой информации; применение методов информационного поиска, в том числе с помощью компьютерных средств;

§ структурирование знаний;

§ осознанное и произвольное построение речевого высказывания в устной и письменной форме;

§ выбор наиболее эффективных способов решения задач в зависимости от конкретных условий;

§ рефлексия способов и условий действия, контроль и оценка процесса и результатов деятельности;

§ постановка и формулирование проблемы, самостоятельное создание алгоритмов деятельности при решении проблем творческого и поискового характера.

Универсальные логические действия включают в себя:

анализ объектов с целью выделения признаков (существенных, несущественных);

§ синтез как составление целого из частей, в том числе самостоятельно достраивая, восполняя недостающие компоненты;

§ выбор оснований и критериев для сравнения и классификации объектов;

§ подведение под понятия, выведение следствий;

§ установление причинно-следственных связей,

§ построение логической цепи рассуждений,

§ доказательство;

§ выдвижение гипотез и их обоснование.

Постановка и решение проблем:

§ формулирование проблемы;

§ самостоятельное создание способов решения проблем творческого и поискового характера.

В соответствие с ФГОС ООО выделены следующие метапредметные результаты:

· владение навыками познавательной, учебно-исследовательской и проектной деятельности, навыками разрешения проблем; способность и готовность к самостоятельному поиску методов решения практических задач, применению различных методов познания;

· готовность и способность к самостоятельной информационно-познавательной деятельности, включая умение ориентироваться в различных источниках информации, критически оценивать и интерпретировать информацию, получаемую из различных источников;

· владение языковыми средствами - умение ясно, логично и точно излагать свою точку зрения, использовать адекватные языковые средства;

· владение навыками познавательной рефлексии как осознания совершаемых действий и мыслительных процессов, их результатов и оснований, границ своего знания и незнания, новых познавательных задач и средств их достижения [34].

Развитие познавательной активности обучающихся основной школы, методы и способы активизации учебной деятельности является одной из актуальных проблем педагогики. К ней обращаются психологи, педагоги и даже философы. Многочисленные статьи, различные исследования, научные трактаты содержат толкования, уточнения, точки зрения. ФГОС основной школы развитие познавательной активности обозначает как одну из центральных педагогических проблем [32].

Познавательная активность является сложным личностным образованием, которое формируется под воздействием самых различных факторов: субъективных (любознательность, упорность, воля, мотивация, старание и так далее) и объективных (окружающие условия, личность учителя, приемы и способы обучения). Стимуляция познавательной деятельности подразумевает конкретный толчок, усиление процесса познания. Собственно, познание - это и есть закономерная последовательность, которая представляет собой восприятие, запоминание, хранение, осмысление, воссоздание и интерпретация приобретенных знаний. Очевидно, что активизация может на любом этапе стать одновременной, однако, может появиться и на каком-то отдельном.

Активное познание стимулирует, в первую очередь, преподаватель. Он должен с помощью разных способов и упражнений подчеркнуть каждый из этапов познания, может всего один из этапов, или несколько. Таким образом, создаются непосредственно программы развивающего обучения: организовывая условия для интенсивной познавательной деятельности к обыкновенной познавательной активности, а позже - к внутренней потребности в самообразовании.

Можно говорить о разных уровнях познавательной активности школьников в учебной деятельности. Очевидно, что активность связана с укреплением субъектной позиции учащегося.

Субъектную позицию школьника в учебной деятельности понимают, как "внутреннюю позицию личности, основанную на отношении к процессу обучения в целом, на определении собственного места и роли в нем" [30]. Значит, с одной стороны, приобретая собственную внутреннюю позицию, ребенок не может быть пассивным в учении. С другой стороны, чем наиболее активен он в учебной деятельности, тем наиболее устойчива его субъектная позиция. К признакам сформированности субъектной позиции школьников относят: стойкое положительное отношение к учению; высокую активность и самостоятельность; использование результатов учения в социальной практике; высокую самооценку и саморегуляцию.

Основная школа, согласно ФГОС ООО, должна стать этапом испытаний, проб, экспериментирования, проектирования - этапом постепенного преобразования коллективного субъекта учебной деятельности в личный. познавательная активность оптимизация информатика

Единые условия получения запланированных результатов освоения образовательной программы основной школы:

1. Познавательную активность необходимо развивать с помощью сохранения и расширения поисково-исследовательского характера учебной деятельности учащихся, превращения ее в индивидуальную форму учебной активности каждого учащегося.

2. Нужно выходить за пределы учебной деятельности - пошагово соединяя учебную и внеурочную деятельность подростков.

3. Подавать учебный материал стоит разнообразно, не только в рамках образовательной программы, но и вне её, в том числе и выбирая индивидуальную схему обучения.

4. Оставлять в приоритете самостоятельный контроль, а также самооценку движения каждого конкретного ученика в учебном материале.

5. В самом обучении ребенка центральное место должно оставаться за чем-то таким, на чём возможно что-то испытывать и опробовать. Обучение в основной школе есть моделирование и опробование данных моделей (пробных тел) в различных ситуациях для формирования своей картины мира у ребенка.

Одни из главных требований основной школы сегодня - это самостоятельность, ответственность и инициативность обучающихся, в особенности это важно при выборе индивидуальных образовательных программ. Несоответствие высоким требованиям грозит эмоциональному фону большей доли школьников. Но в случае, когда основная школа из-за неготовности детей, понизит уровень данных притязаний, она утратит развивающий эффект, а это плохо скажется на будущем ребенка.

1.2 Различные средства формирования познавательной активности обучающихся в общеобразовательном курсе информатики

Школа сегодня обязана не только дать учащимся определенный набор знаний, но и взрастить в них желание к самообразованию, практическому приложению своих умений. Большое значение в решении этой задачи придается информационным технологиям, изучаемым на информатике и активно применяемым на остальных уроках.

Все программы, предназначенные для развивающего обучения, непременно нацелены на активизацию субъекта учебной деятельности. Поэтому каждому учителю необходимо ставить перед собой следующие задачи:

- закрепить уже имеющийся интерес;

- развить и направить интерес к учению;

- учитывать индивидуальные особенности каждого обучающегося и его личные продвижения в процессе обучения и воспитания;

- стремиться достичь высокого качества образования.

Для того чтобы усилить познавательную деятельность обучающихся и заинтересовать их на каждом этапе урока информатики, нужно работать в инновационном режиме. При этом, естественно, необходимо использовать информационные технологии, как главный способ модернизации образования. В обучении информатике в классе и внеурочно нужна атмосфера творческого поиска, которая позволит школьнику полноценно раскрыть свои способности. Этому могут поспособствовать различные элементы развивающего обучения. Например, проблемная ситуация, задание с творческой частью, проекты, а также самостоятельная научно-исследовательская работа. Сочетание разных педагогических методов, которые использует учитель, меняет каждый урок, делая его особенным и уникальным. Эти приемы в обучении значительно поднимут уровень знаний по информатике, а также творческую и познавательную активность учащихся.

Изучение информатики гарантирует реализацию метапредметных связей. Темы задач по оптимизации могут относиться к любой области образования:

информатика (например, задачи на оптимизацию расхода чернил в картридже, либо расход бумаги при создании печатного документа), математика (поиск экстремумов функции), химия (задачи на смеси), физика (задачи на движение) и т.п. Безусловно, проявление метапредметных связей при изучении задач на оптимизацию стимулирует познавательную активность учащихся.

Тогда, когда детям предлагается что-то новое, необыкновенное, они лучше раскрываются, становятся раскрепощенными, целеустремленными и изобретательными. Поэтому важно новые информационные технологии не только, на конкретном, но и на любом уроке. Правильное применение компьютера может устранить проблему дефицита наглядных материалов, в этом безусловно помогает визуализация различных информационных объектов и процессов.

Главные принципы построения урока информатики для развития познавательной активности.

- Применение учебно-познавательных приложений в игровых формах занятий. Для школьника основной вид деятельности - это игра. Именно во время игры ученики лучше понимают и закрепляют сложные понятия, умения и навыки. Причем, играя, они делают это непроизвольно.

- Сравнительно-соревновательный характер практических заданий, использование рейтинговых оценок учащихся. Любое программное и учебно-методическое обеспечение уроков можно достаточно быстро и просто подвести к этой схеме.

- Хороший уровень самостоятельности выполнения учениками компьютерных заданий. Независимая работа влияет на собственную ответственность ребенка. Кроме того, принятие решения самостоятельно, особенно когда это сочетается с положительными результатами, порождает уверенность в себе, заряжает положительными эмоциями и заставляет обращаться к заданию, но более сложного порядка.

- Освоение всех доступных средств ИКТ, использование всех мультимедийных возможностей компьютера.

- Обстановка психологического комфорта на уроке. Для этого разработаны простые и дружелюбные интерфейсы приложений для обучения.

На учебных занятиях по информатике должны применяться развивающие и обучающие программы всех изучаемых школьных предметов. Это способствует эффективному закреплению знаний, умений и навыков других школьных дисциплин, а также позволит еще больше заинтересовать учеников.

Следование вышеперечисленным принципам позволяет изменить пассивное восприятие учебного материала учащимися на активное. Стимулирование учебно-познавательной деятельности на учебных занятиях по информатике связана, в основном, с использованием компьютерных технологий.

Для пробуждения познавательной деятельности учащихся на уроках информатики можно использовать разные учебные материалы с использованием современных средств обучения:

1. Учебные презентации в программе Microsoft Power Point и аналогичных программных пакетов (например, Prezi).

При использовании презентации в процессе обучении необходимо придерживаться ряду правил:

* демонстрируемая презентация должна соответствовать возрастным особенностям обучающихся;

* визуальное представление должно быть устроено таким образом, чтобы всем было комфортно и хорошо видно;

* необходимо отчетливо выделять самое важное при показе иллюстраций;

* детально продумывать комментарии, которые сопровождают презентацию;

* демонстрируемая презентация должна точно соответствовать содержанию излагаемого материала.

2. Мультимедийные диски:

* электронные энциклопедии, справочники, учебники;

* электронные учебные курсы-тренажеры;

* творческие интерактивные среды;

* контролирующие системы.

Сегодня обучать предмету информатики невозможно без применения разнообразных цифровых учебных материалов, электронных учебников и книг, мультимедийных энциклопедий, разнообразных тренажеров, а также систем контроля и автоматизированного тестирования.

3. Интерактивная доска. Среди основных способов использования интерактивной доски на уроке информатики можно выделить:

· пояснение принципов работы в приложениях, посредством выполнения последовательных действий на доске;

· проверка домашнего задания обучающихся (при выполнении заданий на домашнем компьютере);

· защита проектов обучающимися;

· создание различных образов, путем "собирания" их средствами доски;

· осуществление самостоятельных письменных работ (словарных диктантов, решение задач, тестов и др.) и последующая их проверка обучающимися и учителем;

Вместе с современными средствами обучение, следует использовать также различные методы обучения, которые обеспечивают познавательную активность учащихся. Одними из основных таких методов являются методы обучения решению задач.

При репродуктивном методе обучения решения задач в школьном курсе информатики, усвоения знаний обеспечивает объяснительно-иллюстрированное, алгоритмизированное и программированное обучение, а при продуктивном - проблемное обучение, эвристический и исследовательский методы. Первый способствуют развитию познавательной активности при условии сочетания их со вторыми [31].

Проблемное обучение - это создание учителем проблемных ситуаций и постановка задач, которые максимально активизируют познавательную активность всего класса. Проблема и ее постановка изменяют атмосферу на уроке на более оживленную, и привлекают учащихся к более продуктивной деятельности.

Исходя из особенностей творческой деятельности школьников, в процессе обучения выделяют следующие ступени проблемности:

1. Постановка задачи и привлечение обучающихся к её разрешению;

2. Формирование учителем проблемной ситуации (с помощью иллюстрированного рассказа), привлечение обучающихся к самостоятельному решению проблемы;

3. Постановка проблемы и поиск ее решения совместными усилиями учителя и школьников;

4. Самостоятельное составление проблемы или задачи обучающимися и поиск её решения [29].

Ниже представлен обзор некоторых современных методов.

Метод эвристического обучения. В последнее время все чаще бывает, что учитель, зная схему решения данной проблемы, должен, тем не менее, решить ее вместе с учащимися, сопереживать творческий процесс, сподвигнуть к тому, чтобы они сами нашли способ решения задачи. Главное в эвристическом обучении - это решить нестандартные для учащихся задачи и упражнения. Решая эти задачи, учащиеся формируются познавательные стратегии, которые впоследствии смогут научить поиску необходимой информации. Они научатся преобразовывать эту информацию, понять правила работы в нестандартных условиях и принять творческий подход к решению.

В педагогической эвристике исследуются средства, способствующие нахождению решения для математической задачи, не обращаясь к той части математики, где она выступает как дедуктивная система. Поэтому Д. Пойа

сформулировал правила, с помощью которых можно осуществить поиск решения задачи:

1. На начальном этапе необходимо проанализировать задачу. Для этого возможно выполнить чертёж, если это целесообразно, ввести удобные обозначения, внимательно изучить условия и требования задачи, разделить условие на части;

2. Составить ход решения, связать данные с неизвестными. На этом этапе необходимо ответить на вопросы: не встречалась ли ранее подобная задача? Известна ли вам какая-нибудь похожая задача? Можно ли воспользоваться ее решением? Можно ли придумать упрощенную похожую задачу? Можно ли решить только часть задачи, отбросив часть условий. Можно ли сформировать условие задачи иначе?

3. Пошаговая реализация плана решения задачи. Если результат получен, необходимо проверить его и подумать, можно ли его достигнуть другим способом. Эксперименты показывают, что этой схемы можно придерживаться при условии, если у учащихся сформированы приёмы познавательной деятельности анализ, перенос, аналогия, обобщение, конкретизация, абстрагирование и др.

Стоит обратить особое внимание на формирование способов творческой деятельности, поскольку обучающийся, который владеет ими, ощутимо быстрее овладевает изучаемым материалом [25].

Метод исследовательского обучения. Информатике, как и математике свойственны теоретические исследования. Структура теоретических исследований включает в себя владение общей схемой процесса творческой деятельности, владение логикой познания и формальной логикой, владение общими способами решения задач и доказательств утверждений. Это означает, что у детей должны быть сформированы приемы обобщения, классификации понятий и утверждений, построения индуктивных и дедуктивных доказательств, новых предложений посредством переноса знаний и использования, умения анализировать возможные случаи по данной основе классификации, систематизировать, иметь соответствующие навыки оформления полученных результатов на научном языке. В нестандартных (для обучающегося) условиях используется:

- чертеж или модель, которые характеризуют свойства исследуемых объектов;

- индуктивное построение гипотез как абстракций на основе наблюдений, проверка полученных результатов;

- анализ гипотез.

В этих случаях, как правило, строятся правдоподобные утверждения, которые требуют последующей проверки.

Таким образом, исследовательский метод обеспечивает овладение методами научного познания, методами математической творческой деятельности [10].

Исходя из выше сказанного следует отметить, что основополагающим фактором развития познавательной активности является интерес к изучаемому предмету. Интерес подталкивает обучающихся к самостоятельному приобретению знаний, самостоятельному решению проблем и задач.

Согласно результатам исследования В.А. Коротаевой, познавательная активность связана с укреплением субъектной позиции учащегося [17].

В.А. Коротаева условно обнаружила 4 основных вида познавательной активности:

1. Нулевая активность;

2. Ситуативная активность;

3. Исполнительская активность;

4. Творческая активность.

Рассмотрим, какую деятельность должен осуществлять учитель на уроке информатики для выявления и включения в познавательную деятельность школьников, занимающих пассивную позицию, проявляющих интерес к обучению время от времени, и учащихся с ярко проявленной готовностью к совместному познанию.

Проанализируем выделенные виды познавательной активности с точки зрения педагогической тактики и стратегии.

1-ый вид: ученик пассивен, слабо откликается на требования учителя, не проявляет интереса ни в совместно, ни в индивидуально, включается в деятельность лишь под давлением преподавателя. На учебных занятиях по информатике вероятна активизация деятельности и проявление интереса у школьника при переходе от теоретического к практическому моделированию на компьютере. Налицо выраженная объектная позиция в учебном процессе.

Учительская тактика должна основываться на создании такой атмосферы занятий, которая способствовала бы снятию у школьника чувства страха, зажатости при теоретическом и сложном компьютерном проектировании решения задач оптимизации. Главным приемом становятся так называемые "эмоциональные поглаживания" (обращение по имени, поощрение за каждый правильно выполненный этап решения и так далее). При работе с данной категорией преподавателю следует не ждать скорого включения в работу, так как их активность скорее всего будет возрастать постепенно. Избегать учебных заданий, которые направлены на стремительное переключение с одного вида деятельности на другой. Не сбивать во время ответа, то есть не задавать неожиданных вопросов. Предоставлять время для того, чтобы обдумать ответ, так как им тяжело даются импровизации. Таким обучающимся показано работать строго по детально разработанному плану, отрабатывая многократно каждый этап решения задачи оптимизации. [31]

2-ой вид реализуется в большей степени в объектной позиции ученика. Отличительные характеристики - проявление интереса и активности только в конкретных ситуациях (увлекательное содержание урока, необыкновенные приемы обучения), что, скорее, связано с эмоциональной возбудимостью, нередко не подкрепленной приобретенными навыками к самостоятельной работе. Во время урока данные ученики предпочитают разъяснение нового материала повторению; легко включаются в новые виды работы, но при затруднениях также легко могут утратить интерес. Они могут удивлять учителя стремительными верными ответами, однако такое происходит только эпизодически. Таким ученикам будут интересны задания по подготовке интересных сообщений по теме урока, в том числе содержащих сведения исторического характера, или содержащие информацию о новейших компьютерных достижениях, либо приложениях для решения задач оптимизации.

Тактика учебного взаимодействия с учениками - подкрепление их субъектного состояния в учебной деятельности не только в начале, но и в процессе работы. В данном случае учителю необходимо снимать интеллектуальную усталость, преодолевать волевую апатию, стимулировать интерес. Ученикам данного вида присуща незавершенность действий, вот отчего именно для них важно умение применять рекомендованный план решения задач на оптимизацию, основываться на опорные сигналы, творить методы такого-либо другого учебного деяния, картинки-подсказки (схемы), таблицы.

Таким образом, стратегия действий учителя в работе с ситуативно-активными учениками заключается в том, чтобы не только помочь им включиться в учебную деятельность, но и поддерживать эмоционально-интеллектуальную атмосферу на протяжении всего урока.

3-ий вид - учащиеся с активным отношением к познавательной деятельности. Основной плюс данных учащихся - устойчивость и постоянство. Они регулярно исполняют домашние задания, с радостью включаются в те формы работы, которые предлагает преподаватель.

Преподаватель, изучая новую тему, опирается именно на таких учеников. Именно они выручают учителя в тяжелых ситуациях. Кажется, что этим ребятам учеба дается просто. В этом имеется доля правды, однако эта легкость, только кажется. На самом деле, она - результат предыдущих усилий. Это и умение концентрироваться на задаче, пристально знакомиться с критериями задания, и способность вовремя обратиться к уже имеющимся знаниям, избирать лучший вариант, а когда нужно - повторить всю эту цепочку. Главными тактическими приемами, которые активизируют и без того активных учащихся, считаются все проблемные, частично-поисковые и эвристические ситуации, которые создаются на уроках. Нужно предлагать учащимся особенные ролевые ситуации. Оценить устные и письменные ответы одноклассников могут и сами школьники. Таким образом, они становятся так называемыми экспертами.

4-ый творческий вид познавательной активности характеризуется выраженной субъектной позицией учащегося. Данные школьники нестандартно мыслят, у них яркая образность восприятия, чисто индивидуальное воображение и отношение к окружающему миру. Но именно они нередко создают трудности в учебной деятельности, которая в свою очередь, как правило, стоит на последовательности, логике и обстоятельности.

Таким ученикам следует уделять особое внимание, и учитывать факторы, которые помогут развить не только их воображение, но и сформировать интерес к обучению, благодаря творческому виду учебной активности.

Необходимо:

* устранять внутренние препятствия творческими проявлениями;

* стараться воздерживаться от оценок;

* демонстрировать учащимся возможности применения метафор и аналогий;

* давать возможность умственной разминки;

* уделять внимание работе подсознания.

Таким образом, активность преподавателя на этом уровне познавательной активности заключается, прежде всего, в стимулировании самой потребности в творчестве, в стремлении к самовыражению, самоактуализации. Помощь в этом могут оказать и отдельные методические приемы, которые активизируют творчество учащихся, и особые творческие уроки.

Тип познавательной активности - это динамический показатель. При решении учебных задач на уроках информатики легче, чем на занятиях других школьных дисциплин преодолеть барьеры между выделенными психологическими типами. Учитель может помочь ученику перейти от нулевого типа к ситуативной и, может быть, исполнительской, творческой активности. В большей степени этому способствует применение информационно - компьютерных технологий в учебных целях.

Глава 2. Методические аспекты формирования познавательной активности на основе решения задач оптимизации в курсе информатики в 7-9 классах

2.1 Сущность задач на оптимизацию в школьном курсе информатики

Оптимизацией называют процесс выбора наилучшего варианта из всех возможных. Можно сказать, что это целенаправленная деятельность, которая, при необходимых условиях, получает наилучшие результаты. Само слово оптимизация широко используется как в науке и технике, так и в любой другой области человеческой деятельности. Оптимизация в математике и информатике, это исследование так называемой целевой функции, а именно нахождение экстремума (минимума или максимума).

Методы решения задачи оптимизации, а также различную теорию, связанную с ними, изучает математическое программирование. Математическое программирование - это часть математики, которая посвящена, численным методам решений задач с ограничениями.

В связи с тем, что область компьютерных технологий быстро развивается, вычислительные процессы значительно ускоряются и это способствует тому, что решение задач оптимизации становится доступным при обучении школьников в разделе "Моделирование".

Специальные математические методы создавались с помощью поиска оптимального решения. Математические основы оптимизации, такие как численные методы и вариационное исчисление, были заложены уже в 18 веке. Однако, до второй половины 20 века методы оптимизации в некоторых областях науки и техники применялись крайне редко. Проблема заключалась в том, что практическое использование математических методов оптимизации требовало большой вычислительной работы, которую без компьютерной техники выполнить было крайне трудно, а иногда и вовсе невыполнимо. Самые значительные трудности появлялись при оптимизации процессов в химической промышленности из-за большого числа значений и параметров, а также их связи между собой. В компьютерный век эта задача серьезно упрощается.

Постановка задачи оптимизации предполагает существование конкурирующих свойств процесса, например:

- "количество продукции - расход сырья";

- "количество продукции - качество продукции".

Решение оптимизационной задачи и заключается в выборе наиболее рационального варианта таких свойств.

Помимо этого, необходимо учитывать, что целью оптимизационной задачи является нахождение наилучшего распределения различных ресурсов.

Решаются такие задачи с помощью оптимальной модели методами математического программирования, т. е. путем поиска максимума или минимума некоторых функций или функционалов при заданных ограничениях (условная оптимизация) или без ограничений (безусловная оптимизация). Сочетание различных элементов модели образуют различные классы задач оптимизации (таблица 1):

Табл. 1. Классы задач оптимизации

Исходные данные

Искомые переменные

Зависимости

Классы задач

Детерминированные

Непрерывные

Линейные

Линейного программирования

Детерминированные

Целочисленные

Линейные

Целочисленного программирования

Детерминированные

Непрерывные, целочисленные

Нелинейные

Нелинейного программирования

Случайные

Непрерывные

Линейные

Стохастического программирования

Как правило, различаются задачи статической оптимизации для процессов, которые протекают в установленных режимах, и задачи динамической оптимизации.

В первом случае решаются вопросы создания и реализации оптимальной модели процесса, во втором - задачи создания и реализации системы оптимального управления процессом при неустановившихся режимах эксплуатации.

Общая форма записи задач оптимизации:

В эту систему входят три составляющие:

1. Целевая функция, показывает, в каком смысле решение должно быть оптимальным, т.е. наилучшим. При этом возможны 3 вида назначения целевой функции:

§ Максимизация.

§ Минимизация.

§ Назначение заданного значения.

2. Ограничение, которые устанавливают зависимости между переменными. Они могут быть односторонними: gi(xj)?bi, или двухсторонними: ai?gi(xj)?bi. Причем любое двусторонне ограничение можно записать в виде двух односторонних: gi(xj)?ai, gi(xj)?bi.

3. Граничные условия, которые показывают, в каких пределах могут быть значения искомых переменных в оптимальном решении.

Ограничения на параметры в задаче могут быть связаны с термостойкостью, взрывобезопасностью, мощностью перекачивающих устройств и т. д. Ограничения бывают технологическими и экономическими.

Допустимым решением задачи называют такое решение, которое удовлетворяет всем ограничениям и граничным условиям. Возможны несколько допустимых решений, если само составление математической модели правильно.

Важной характеристикой задачи оптимизации является ее размерность, которая определяется количеством переменных и количеством ограничений. Соотношение этих величин является определяющим при постановке задачи оптимизации.

Принимающий решение должен точно представлять, в чем заключается оптимальность решения, т.е. по какому критерию принимаемое решение является действительно оптимальным.

Этот критерий называют целевой функцией. Как правило, с помощью ее необходимо оценить какой-либо фактор производства. Этот фактор может быть желательным (например, прибыль, производительность, надежность) или нежелательным (затраты, расходы, простои и т.д.). Тогда в первом случае говорят о максимизации критерия, во втором - о минимизации.

Итак, задача имеет оптимальное решение, если она удовлетворяет двум требованиям:

§ есть реальная возможность иметь более одного решения, т.е. существуют допустимые решения;

§ имеется критерий, показывающий, в каком смысле принимаемое решение должно быть оптимальным, т.е. наилучшим из допустимых.

Самый простой способ решения задач на компьютере предлагает надстройка MS Excel "Поиск решений".

Она позволяет без временных затрат находить оптимальные решения достаточно сложных моделей, не только линейных, без знания алгоритмов и длительных рутинных итераций. Средство поиска решения Microsoft Excel использует алгоритм нелинейной оптимизации Generalized Reduced Gradient (GRG2), разработанный Леоном Ласдоном (Leon Lasdon, University of Texas at Austin) и Аланом Уореном (Allan Waren, Cleveland State University).

К настраиваемым параметрам относятся: целевая ячейка, изменяемые ячейки, ограничения.

Целевая ячейка - тут необходимо указать конечную главную цель нашей оптимизации. Целевую ячейку можно минимизировать (если это расходы), максимизировать (если это, например, прибыль) или попытаться привести к заданной константе.

Изменяемые ячейки - здесь укажем ячейки, варьируя значения которых, мы хотим добиться нашего результата.

Ограничения - список ограничений, которые необходимо учесть при решении задач оптимизации.

Поиск решений является частью решения задачи. Эта процедура находит оптимальное значение формулы, которая содержится в целевой ячейке.

Поиск решений работает с группой ячеек, которые связаны с формулой, записанной в целевой ячейке. Для того, чтобы получить заданный результат в формуле, процедура изменяет значения в этой группе ячеек. Вместе с этим учитываются и ограничения, которые в свою очередь могут ссылаться на другие влияющие ячейки.

Процедуру поиска решения используется для определения значения влияющей ячейки, которое соответствует экстремуму зависимой ячейки.

С помощью электронных таблиц можно решать различные по содержанию задачи оптимизации. Классификация задач по виду математических моделей, которые включают в себя исходные данные, искомые переменные и зависимости представлена на рисунке 1.

Исходными данными для математической модели являются: целевая функция. ограничения. Исходные данные - могут быть детерминированными или случайными. Детерминированные данные - это исходные данные, значение которых при составлении модели известны. Случайные данные - это такие исходные данные, значение которых заранее неизвестно. Искомые переменные в свою очередь могут быть непрерывными и дискретными.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1. Классификация задач оптимизации по виду математических моделей

Непрерывными называют такие величины, которые в заданных граничных условиях могут принимать любые значения. Дискретными называются такие переменные, которые могут принимать только заданные значения. Целочисленными называются такие дискретные переменные, которые могут принимать только целые значения.

Зависимости между переменными (как целевые функции, так и ограничения) могут быть линейными и нелинейными. Линейными называются такие зависимости, в которые переменные входят в первой степени и с ними выполняются только действия сложения и вычитания. Иначе, если переменные входят не в первой степени или над ними выполняются другие (кроме сложения и вычитания) операции, то зависимости называются нелинейными.

При постановке задачи оптимизации необходимо:

1. Наличие объекта оптимизации и цели оптимизации.

2. Наличие ресурсов оптимизации (возможность выбора значений некоторых параметров оптимизируемого объекта).

3. Возможность количественной оценки оптимизируемой величины.

4. Учет ограничений.

Как правило, оптимизируемая величина должна быть связана с работой рассматриваемого объекта, а именно с экономичностью этой работы.

На основании выбранного критерия оптимальности составляется целевая функция, представляющая собой зависимость критерия оптимальности от параметров, влияющих на ее значение. Вид критерия оптимальности или целевой функции определяется конкретной задачей оптимизации. Таким образом, задача оптимизации сводится к нахождению экстремума целевой функции.

В зависимости от управляющих параметров различают следующие задачи:

1. Одномерная оптимизация - оптимизация при одной управляющей переменной,

2. Многомерная оптимизация - оптимизация при нескольких управляющих переменных,

3. Оптимизация при неопределённости данных,

4. Оптимизация с непрерывным, дискретным и смешанным типом значений управляющих воздействий.

В зависимости от критерия оптимизации различают:

1. С одним критерием оптимизации - критерий оптимальности единственный.

2. Со многими критериями.

Для решения задач со многими критериями используются специальные методы оптимизации.

Итак, для решения задачи оптимизации в курсе информатики необходимо:

а) составить информационно-математическую модель объекта оптимизации;

б) составить компьютерную модель с учетом критерия оптимальности, целевой функцией, а также ограничениями, накладываемые на переменные,

в) выбрать метод оптимизации, который позволит найти экстремальные значения искомых величин.

г) провести компьютерный эксперимент по заданной программе и сделать выводы о полученных результатах.

Информатика сегодня - это один из самых важных компонентов общего образования современного человека. Этот компонент решает одну из главных задач образования, а именно - развивает познавательную активность, формирует целостное мировоззрение, системно-информационную картину мира, учебные и коммуникативные навыки и основные психические качества учащихся.

Сформировать умение использовать информационные технологии на практике и в повседневной жизни является одной из основных функций курса информатики. Наиболее злободневным это умение становится для современных выпускников. Ведь именно они будут жить и работать в новом информационном обществе, которое перенасыщено компьютерными гаджетами, где почти во всех областях профессиональной деятельности все основные задачи могут быть решены с помощью компьютера. Поэтому в школе так важно подготовить выпускников решать с помощью прикладных программных средств компьютера любые задачи.

2.2 Организация образовательного процесса по решению задач оптимизации в 7-9 классах

Анализируя содержание курса Информатики основной школы, в первую очередь следует отметить, что в России информатика в качестве школьного предмета появилась в 1985 году. За это время ее концепция серьезно изменилась, укрепились виды ее содержания.

На сегодняшний день в курсе информатики существует три последовательных этапа изучения:

1. Пропедевтический этап в начальной школе (знакомство обучающихся с компьютером, формирование элементов информационной культуры, применение полученных навыков работы с информацией на других уроках);

2. Этап изучения информатики в основной школе (овладение обучающимися средствами и методами информационной технологии, формирование навыков адекватной и самостоятельной работы с компьютером; формирование умения решать теоретические и практические задачи);

3. Профильный этап в старшей школе (вариабелен, зависит от целей и задач профильного обучения).

Федеральные государственные образовательные стандарты содержат концептуальные линии учебного курса "Информатика":

1. Информация и информационные процессы.

2. Представление информации.

3. Компьютер.

4. Алгоритмизация и программирование.

5. Моделирование и формализация.

6. Информационные технологии.

Предлагаемый практикум может быть применен при изучении некоторых содержательных линий.

Например, решение задач оптимизации с помощью компьютерных программ может быть рассмотрено в теме "Обработка информации", линия "Информация и информационные процессы"

Рассмотрение различных компьютерных программ для решения исследуемых задач - в темах "Программное обеспечение", "Прикладные программы",

- линия "Компьютер".

Задачи оптимизации требуют построения модели - математической и компьютерной, поэтому они могут рассматриваться в содержательной линии.

"Моделирование и формализация". Изучение алгоритма решения задач оптимизации в Excel и программирование на языке Pascal (и др.) проходит в линии "Алгоритмизация и программирование"

Предложенные задачи решаются с помощью ИКТ в линии "Информационные технологии".

В настоящее время существуют онлайн-сервисы для решения задач оптимизации. Их использование можно рассмотреть в теме "Компьютерные телекоммуникации" линии "Информация и информационные процессы".

Некоторые сложные задачи могут быть выполнены в виде проекта.

Исходя из изученных теоретических аспектов, можно сформулировать следующий план конструирования практикума по информатики основной школы:

1) определение планируемых образовательных результатов (личностных, метапредметных и предметных), на достижение которых направлена разрабатываемая система задач;

2) подбор задач базового уровня для реализации заданных образовательных результатов;

3) выделение ключевых задач, составление вспомогательных задач и задач-следствий;

4) составление задач повышенного уровня сложности с помощью комбинации задач базового уровня;

5) определение порядка предъявления задач обучающимся в процессе изучения материала;

6) проверка соответствия составленной системы задач требованиям целевой ориентации и целевой достаточности;

7) отбор методов, средств и форм организации образовательного процесса, на основе разработанного практикума.

В ходе исследования был разработан практикум задач оптимизации с применением компьютерных технологий. Ниже представлены темы, входящие в данный практикум.

Тема блока 1: Решение оптимизационных задач в среде электронных таблиц: нелинейное программирование.

Цели блока: изучение возможностей MSExcel по решению нелинейных оптимизационных задач методом поиска решения и практическое освоение соответствующих умений и навыков.

Задачи блока:

обучающая - научить учащихся решать оптимизационные задачи в среде электронных таблиц MSExcel методом поиска решения;

развивающая - познакомить учащихся с применением компьютеров в качестве помощников для экономического расчёта наилучшего использования ресурсов;

воспитательная - выработка умения рационально использовать ресурсы в сельском хозяйстве.

Оборудование уроков:

· компьютеры с ОС MSWindows;

· программа Microsoft Excel;

· карточки с задачами для самостоятельной работы.

Тема блока 2: Решение оптимизационных задач в среде электронных таблиц: линейное программирование.

Цели блока: изучение возможностей MSExcel по решению линейных оптимизационных задач методом поиска решения и практическое освоение соответствующих умений и навыков.

Задачи блока:

обучающая - научить учащихся решать оптимизационные задачи в среде электронных таблиц MSExcel с применением таблицы подстановки;

развивающая - познакомить учащихся с применением компьютеров в качестве помощников для экономического расчёта наилучшего использования ресурсов, развить логическое, абстрактное и образное мышление;

воспитательная - выработка умения рационально использовать ресурсы.

Оборудование уроков:

· компьютеры с ОС MSWindows;

· программа Microsoft Excel;

Тема блока 3: Решение оптимизационных задач с помощью компьютера: целочисленное программирование.

Цели блока: изучение возможностей электронных таблиц и языков программирования по решению целочисленных оптимизационных задач и практическое освоение соответствующих умений и навыков.

Задачи блока:

обучающая - научить учащихся решать целочисленные оптимизационные задачи с помощью электронных таблиц и языков программирования;

развивающая - познакомить учащихся с применением компьютеров для визуализации исследуемой модели и работе в интерактивном режиме;

воспитательная - формирование творческого подхода к поставленной задаче, выработка умения рационально использовать ресурсы.

...

Страница:


Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.

© 2000 — 2025, ООО «Олбест» Все наилучшее для вас