Абстрактный характер теоретических построений в современных науках и появление специальных языков — это свидетельство развития познания от непосредственного контакта с окружающей человека действительностью к опосредованному ее освоению, которое совершается, в частности, с помощью методов и средств моделирования. При этом не только научное познание, но и процесс обучения базируется на использовании методов информационного моделирования, так как любая передача знаний подразумевает их описание на том или ином языке и представление в той или иной форме. Поэтому знакомство школьников с методами информационного моделирования актуально для современной школы, особенно в условиях постоянно увеличивающегося объема учебной информации, появления новых ее носителей (электронные учебники, компьютерные энциклопедии) и средств доступа к ней. Учащимся необходимо осмыслить сам процесс познания, определить место в этом процессе таких познавательных приемов, как моделирование, формализация, символизация, структуризация и др.
Многие исследователи рассматривают познание как моделирование особого рода и отмечают целесообразность поиска модели как «посредника» между субъектом и познаваемым фрагментом природы, объясняя это тем, что при моделировании создается объект-модель, работая с которым значительно проще исследовать свойства оригинала, чем при непосредственном рассмотрении оригинала, кроме того, нередко для исследования бывает доступна лишь модель объекта, но не сам объект.
Разумеется, понятие модели в неявном виде давно используется практически во всех учебных дисциплинах, но только в последние годы сложились благоприятные условия для целенаправленного изучения общих свойств моделей и методов их построения.
Моделирование — многоаспектное явление и многоплановая деятельность. Можно говорить о моделировании как о методологической основе современной науки, как об инструменте любой познавательной деятельности, как о важном дидактическом средстве. Мир моделей, используемых в познании, общении, практической деятельности, многообразен. В обучении важное место занимает такой класс моделей, как информационные модели. Это всевозможные формулы, графики, словесное описание, таблицы, схемы, формулировки законов, алгоритмы и пр.
Курс информатики в наибольшей степени способствует приведению в систему знаний учащихся о моделях и осознанному применению информационного моделирования в своей учебной, а затем и практической деятельности. Построение моделей на уроках математики, физики, химии, биологии и прочих должно быть подкреплено изучением на уроках информатики вопросов, связанных с этапами построения модели, анализом ее свойств, проверкой адекватности модели объекту и цели моделирования, выяснением влияния выбора языка моделирования на то, какую информацию об объекте мы можем получить, изучая его модель и т. п. Целенаправленное знакомство с данными вопросами необходимо начинать уже в начальной школе на уроках информатики; затем изучение данной темы плавно перейдет в базовый курс информатики, поскольку именно в среднем звене школы начинается активное применение информационных моделей как средства обучения и инструмента познания практически на всех предметах. В рамках профильных курсов должны осуществляться систематизация и обобщение знаний об информационном моделировании и первоначальное знакомство с основными информационными моделями выбранного профиля деятельности. В рамках курса информатики высшей школы основное внимание необходимо уделять специфике информационного моделирования в будущей профессиональной деятельности, способам построения моделей, всевозможным критериям их оценки, методам выбора критерия, адекватного цели моделирования, и т. п.
Важность включения содержательной линии «Моделирование и формализация» именно в курс информатики обусловлена несколькими факторами. Главные факторы связаны с ролью, которую моделирование играет:
· как метод научного познания в современной науке, и в частности в информатике;
· как средство обучения;
· как способ представления информации в виде текста (в широком толковании термина «текст», принятого в современной науке);
· как основной элемент информационной и алгоритмической деятельности специалистов.
Рассмотрим более подробно перечисленные факторы.
Любое познание, а научное в особенности, не мыслится без построения и исследования моделей, их уточнения в процессе дальнейшей экспериментальной работы или признания их противоречивости и перехода к другим моделям изучаемого объекта, менее противоречивым или более прогностичным. Любое распространение знаний также основано на «передаче» моделей. Модели Солнечной системы Птолемея, Н. Коперника и Г. Галлилея, модели рассуждений в логике Аристотеля, геометрические модели, построенные Евклидом, Н. Лобачевским, Б. Риманом — все они составляют основу нашего представления о мире, являются системообразующими элементами нашего знания.
Некоторые исследователи считают, что вопреки распространенному мнению механика отнюдь не изучает движение материальных тел в пространстве. Предмет ее исследования — динамика модели материального тела в модели физического пространства. Работая с этими моделями, физика создает теории движения (способ исследования), которые и сами по себе носят, конечно, модельный характер. Во всех случаях методология науки неизменна и сводится к построению трех классов моделей: объекта, среды и взаимодействия [19].
Наши знания о реальном мире — это множество информационных моделей, и часто наши успехи или неудачи зависят от того, насколько эти модели адекватны реальности. С точки зрения дидактики вполне уместным является следующее уточнение: по словам Ю. А. Шрейдера, «знание — это не только модель действительности, но и знание об этой модели и условиях ее применения». Но на сегодняшний день мы имеем следующую картину: система образования предоставляет обучаемым «модель действительности», а передаче «знаний об этой модели и условиях ее применения» уделяется мало внимания.
Важной задачей образования является формирование у обучаемых научной картины мира. Чтобы она не была искаженной, необходимо добиться понимания роли и значения моделирования как ведущего метода познания, его определенной условности и ограниченности.
Общие идеи моделирования как универсального подхода к изучению сложных объектов используются практически во всех учебных курсах. Многими исследователями моделирование по праву рассматривается, как общее дидактическое средство и основной метод приобретения знаний, что обусловливает важность целенаправленного обучения этому методу, как в средней, старшей, так и в младшей школе. Заметим, что в современном образовании возрастает роль информационного моделирования как метода познания в связи с увеличением доли абстрактного во всех учебных дисциплинах. Навыки по построению и исследованию информационных моделей разного вида относятся к разряду общих учебных навыков.
В обязательном минимуме содержания образования по информатике присутствует линия «Моделирование и формализация». Содержание этой линии определено следующим перечнем понятий: моделирование как метод познания, формализация, материальные и информационные модели, основные типы информационных моделей. Линия моделирования, наряду с линией информации и информационных процессов, является теоретической основой базового курса информатики.
Содержательная линия «Формализации и моделирования» выполняет в базовом курсе информатики важнейшую педагогическую задачу – развитие системного мышления учащихся, так как работа с огромными объемами информации невозможна без навыков ее систематизации. Умение систематизировать данные – главнейший компонент компьютерной грамотности учащихся. Не случайно, в процессе развития школьной информатики следует отметить значительное увеличение веса данной линии в общем содержании курса. Понятие «система» в информатике встречается достаточно часто. Совокупность взаимосвязанных данных, предназначенных для обработки на компьютере – система данных, совокупность взаимосвязанных программ определенного назначения – программные системы (ОС, системы программирования, пакеты прикладных программ и др.). Информационные системы – одно из важнейших приложений компьютерных технологий. Основным методическим принципом информационного моделирования является системный подход, согласно которому всякий объект моделирования рассматривается как система. Из всего множества элементов, свойств и связей выделяются лишь те, которые являются существенными для целей моделирования. В этом и заключается сущность системного анализа. Задача системного анализа, который проводит исследователь, – упорядочить свои представления об изучаемом объекте, для того чтобы в дальнейшем отразить их в информационной модели. Сама информационная модель представляет собой также некоторую систему параметров и отношений между ними, которые могут быть представлены в разной форме: графической, математической, табличной и др. Таким образом, просматривается следующий порядок этапов перехода от реального объекта к информационной модели: реальный объект – системный анализ – система данных, существенных для моделирования – информационная модель. Понятие модели – центральное понятие курса информатики, которое как красная нить должно проходить по всему содержанию курса, поскольку формализация и моделирование являются базовыми компонентами при изучении всех разделов информатики.