О том, что определить понятие «модель» не так уж просто, можно судить по тем формулировкам, которые приведены в школьных учебниках.
«Модель – упрощенное представление о реальном объекте» [8 и 9, с. 15 и с. 292].
«Модель – это упрощенное подобие реального объекта. Всякая модель воспроизводит только те свойства оригинала, которые понадобятся человеку при его использовании» [6, с. 126].
«Модель является представлением объекта в некоторой форме, отличной от формы его реального существования» [7, с 149].
Модель - новый объект, который отражает некоторые стороны изучаемого объекта, существенные, с точки зрения цели моделирования.
Замена одного объекта (процесса или явления) другим, но сохраняющим все существенные свойства исходного объекта (процесса или явления), называется моделированием [2, с. 126].
Человек издавна использует моделирование для исследования объектов, процессов, явлений в различных областях. Результаты этих исследований служат для определения и улучшения характеристик реальных объектов и процессов; для понимания сути явлений и выработки умения приспосабливаться или управлять ими; для конструирования новых объектов или модернизации старых. Моделирование помогает человеку принимать обоснованные и продуманные решения, предвидеть последствия своей деятельности.
Компьютерное и некомпьютерное моделирование учебных и реальных объектов, ситуаций и процессов в повседневной жизни и в рамках школьных предметов ставит учащегося в активную позицию исследователя, позволяет самостоятельно открывать законы и явления.
Развитие навыков построения моделей способствует решению задачи, имеющей общеобразовательную ценность, а именно развитию системного и логического мышления. Ведь процесс построения моделей требует помимо специальных знаний еще и развитого логического мышления. И наоборот, решение задач по моделированию процессов и явлений развивает мыслительную деятельность учащихся.
Под развитием мышления учащихся в процессе обучения психологи понимают формирование и совершенствование всех видов, форм и операций мышления, выработку умений и навыков по применению законов мышления в познавательной и учебной деятельности, а также умений осуществлять перенос приемов мыслительной деятельности из одной области знаний в другую.
Таким образом, развитие мышления включает в себя:
1. Развитие всех видов мышления (наглядно-действенного, наглядно-образного, абстрактно-логического) и одновременно стимуляцию процесса перерастания их из одного вида в другой.
2. Формирование и совершенствование мыслительных операций.
3. Развитие умений:
- выделять существенные свойства предметов и абстрагировать их от несущественных;
- находить главные связи и отношения предметов и явлений реального мира;
- делать правильные выводы из фактов и проверять их;
- доказывать истинность своих суждений и опровергать ложные умозаключения;
- раскрывать сущность основных форм правильных умозаключений (индукции, дедукции и по аналогии);
- излагать свои мысли определенно, последовательно, непротиворечиво и обоснованно.
4. Выработку умения осуществлять перенос операций и приемов мышления из одной области знания в другую; прогнозирование развития явлений и умение делать выводы.
5. Совершенствование умений и навыков по применению законов и требований формальной и диалектической логики в учебной и во внеучебной познавательной деятельности учащихся.
В процессе построения модели учащиеся выделяют существенные части моделируемой системы, исследуют свойства этих объектов, находят связи между ними, проводят эксперименты и анализируют результаты моделирования. Практически все перечисленные выше процессы мыслительной деятельности прослеживаются при решении задач на составление моделей, при работе с моделями (анализе, построении).
Умение выделять необходимую информацию и организовывать ее в структуру — важнейшее качество человеческого интеллекта [22, с. 2].
Говоря о моделировании, надо отметить такое понятие как «системный анализ» [18, с. 114], основы которого заложил русский ученый, философ, экономист и врач Александр Александрович Богданов (1873 – 1928).
Он предположил, что в вопросах организации различных больших систем в природе, обществе, технике есть много общего, и нашел это общее (системный эффект, понятия обратной связи, управляющей и управляемой систем…).
Сила системного подхода в том, что самые разные системы окружающего мира можно изучать одинаковыми методами.
Система – организованное множество элементов любой природы, как-то связанных друг с другом и функционирующее во имя исполнения общих целей [18, с. 114].
Системное мышление – это мышление, строго учитывающее все положения системного подхода: всесторонность, взаимоувязанность, целостность, многоаспектность, учет влияния всех значимых для данного рассмотрения надсистем, систем, подсистем и связей между ними ( в отличие от детского, «узкого», синкретического мышления) [18, с. 115].
Одной из основных процедур системного анализа является построение хорошей модели реальной системы или ситуации для последующего адекватного изучения. Моделирование заключается в том, что создаются упрощенные копии, схемы, образы, заменители или аналогии, которые и называют моделями.
А. Эйнштейн [18, с. 128] высоко ценил умение моделировать: «осознание того, что наше сознание оперирует теоретическими моделями реальности, а не самой реальностью, является важнейшей особенностью современного научного подхода».
Моделирование – это прежде всего умение выделить главное.
Модели должны быть по возможности простыми, однако включать все самые главные части исследуемой системы (оригинала), самые главные функции и самые главные связи, внутрисистемные и внешние [18, с. 128-129].
Шаги моделирования [18, с. 130]:
а) Понять задачу (оригинал);
б) Найти главные части и связи и построить модель задачи;
в) Провести исследование модели;
г) Перенести результаты исследования модели на оригинал.
Подобная деятельность имеет место не только тогда, когда требуется некую жизненную задачу «подогнать» под ту или иную науку. Любой из нас постоянно решает какие-нибудь жизненные задачи. Прежде чем решать задачу, мы стараемся взвесить имеющуюся у нас информацию, выбрать из нее существенную. И только затем, когда в задаче станет более или менее ясно, из чего исходить и на какой результат рассчитывать, мы приступаем к решению задачи. Иногда описанный процесс называют «уяснением задачи»; фактически же речь идет о замене исходной жизненной задачи ее моделью [14, с. 49].
Как теперь видно, мы имеем дело с некой деятельностью, которая не связан ни с какой конкретной научной областью. Ее рассмотрение, изучение и, возможно, обучение ей, является прерогативой информатики, которая изучает общие закономерности информационных процессов. В данном случае речь идет о такой деятельности информационной системы как моделирование.
Человек обычно не замечает своей деятельности по созданию моделей – настолько она для него естественна. Подобно мольеровскому Журдену, с удивлением узнавшему, что всю жизнь он говорит прозой, многие люди воспринимают как откровение осознание того, что они мыслят исключительно моделями. Это, с одной стороны, облегчает создание у учащихся мотивации к изучению моделирования, поскольку у них не возникает ощущения чего-то совершенно чуждого, насильно привносимого в обучение; с другой стороны, может порождать определенные трудности, ибо создает иллюзию простоты, хотя на самом деле и само понятие модели, и тем более освоение навыков по построению моделей весьма нетривиальны.
Модель всегда описывает моделируемый объект не полностью, но при правильно выбранных частях и связях, для четко ограниченных областей и условий применения, модель описывает объект достаточно полно и правильно.
Модель может быть информационной (графической, вербальной, математической, образной) и материальной - вещественной.
Один и тот же объект, в зависимости от целей исследований, может иметь разные модели. Например, в игре с куклами моделью человека является кукла, а при испытании парашюта моделью человека является мешок с песком (100 кг), при испытании противоударных средств в автомобиле моделью человека является ватный макет с большим числом датчиков…
Логической основой моделирования является аналогия.
Под аналогией понимают умозаключение, в котором на основании сходства двух объектов в некоторых признаках и при наличии дополнительного признака у одного из них делается вывод о наличии такого же признака у другого объекта [17, с. 98-99].
В описании сути понятия «аналогия» термин «объект» используется в широком смысле: им может быть реальный предмет, модель, рисунок, числовое или буквенное выражение, задача и так далее. В качестве признаков могут выступать свойства объектов, отношения между ними, способы деятельности и так далее.
Широко используется аналогия в обучении математике младших школьников. Это происходит при изучении свойств объектов, отношений между ними и действий с ними [17, с. 99].
Посредством аналогии осуществляется перенос информации с одного предмета (прототип) на другой (модель).
1.5.2. Изучение темы "Моделирование" на уроке информатики в начальной школе
На уроках информатики способом развития логического мышления в числе прочих является изучение темы "Моделирование". Такие логические операции, как абстрагирование, обобщение, классификация, теоретический анализ, анализ отношений понятий (аналогии), используются при моделировании и анализе моделей, а изучение темы "Моделирование", в свою очередь, способствует формированию этих операций. Моделирование помогает понять взаимосвязи явлений и объектов. К тому же модель – это наглядный материал, с помощью которого детям легче будет усваивать информацию, делать выводы и обобщения.