что такое моделирование в естествознании

Другое : Моделирование как метод естествознания. Модель демографического взрыва

Моделирование – метод научного познания, основанный на изучении реальных объектов посредством изучения моделей этих объектов, т.е. посредством изучения более доступных для исследования и (или) вмешательства объектов-заместителей естественного или искусственного происхождения, обладающих свойствами реальных объектов.

При мысленном (образном) моделировании свойства реального объекта изучаются через мысленно-наглядные представления о нем (с этого варианта моделирования начинается, вероятно, любое первое изучение интересующего объекта).

При физическом (предметном) моделировании модель воспроизводит определенные геометрические, физические, функциональные свойства реального объекта, при этом являясь более доступной или удобной для исследования благодаря отличию от реального объекта в некотором не существенном для данного исследования плане (например, устойчивость небоскреба или моста, в некотором приближении, можно изучать на сильно уменьшенной физической модели – рискованно, дорого и вовсе не обязательно «крушить» реальные объекты).

При знаковом моделировании модель, являющаяся схемой, графиком, математической формулой, воспроизводит поведение определенной интересующей характеристики реального объекта благодаря тому, что существует и известна математическая зависимость этой характеристики от прочих параметров системы (построить приемлемые физические модели изменяющегося земного климата или электрона, излучающего электромагнитную волну при межуровневом переходе – задача безнадежная; да и устойчивость небоскреба, вероятно, неплохо заранее просчитать поточнее).

По степени адекватности модели прототипу их принято подразделять на эвристические (приблизительно соответствующие прототипу по изучаемому поведению в целом, но не позволяющие дать ответ на вопрос, насколько интенсивно должен происходить тот или иной процесс в реальности), качественные (отражающие принципиальные свойства реального объекта и качественно соответствующие ему по характеру поведения) и количественные (достаточно точно соответствующие реальному объекту, так что численные значения исследуемых параметров, являющиеся результатом исследования модели, близки к значениям тех же параметров в реальности).

Свойства любой модели не должны, да и не могут, точно и полностью соответствовать абсолютно всем свойствам соответствующего реального объекта в любых ситуациях. Для изучения устойчивости того же небоскреба, вероятно, в любом случае нет необходимости заботиться о соответствии физической модели реальному объекту по силе светового давления на нее, или по силе ее гравитационного взаимодействия с Солнцем, или об удовлетворительном отражении моделью свойств оригинала в ситуации, когда небоскреб начинают скручивать винтом или кидают в него обломки космической станции. В математических моделях любой дополнительный параметр может привести к существенному усложнению решения соответствующей системы уравнений, к необходимости применения дополнительных допущений, отбрасывания малых членов и т.п., при численном моделировании непропорционально вырастает время обработки задачи компьютером, нарастает ошибка счета. Таким образом, при моделировании является существенным вопрос об оптимальной, для данного конкретного исследования, степени соответствия модели оригиналу по вариантам поведения исследуемой системы, по связям с другими объектами и по внутренним связям исследуемой системы; в зависимости от вопроса, на который хочет ответить исследователь, одна и та же модель одного и того же реального объекта может быть признана адекватной или абсолютно не отражающей реальность.

В силу сложности внутренних и внешних связей любого реального объекта и (или) его модели, возможного наличия на первый взгляд незаметных, но чрезвычайно критичных (в плане реальности результатов исследования) свойств реального объекта и (или) модели, вопрос о выборе модели, действительно адекватной цели исследования и действительно «грубой» по отношению к неизбежным ошибкам и погрешностям исследования, требует большой осторожности.

Список использованной литературы

1. Концепции современного естествознания: Учебное пособие – М.: Высшая школа, 1998

2. Неймарк Ю.И. Математические модели естествознания и техники: Цикл лекций. Выпуск 1. – Н.Новгород: издательство ННГУ, 1994

3. Постон Т., Стюарт И.Н. Теория катастроф и ее приложения – М.: Издательство «Мир», 1980

Источник

Естествознание. 10 класс

Конспект урока

Естествознание, 10 класс

Урок 8. Моделирование в науке

Перечень вопросов, рассматриваемых в теме:

Модель (франц. modele, от лат. modulus мера, образец, норма) — это форма отображения определённого фрагмента действительности (предмета, явления, процесса, ситуации), который содержит существенные свойства моделируемого объекта и может быть представлен в абстрактной (мысленной или знаковой) или материальной (предметной) форме.

Моделирование – метод теоретического познания, состоящий в исследовании каких-либо явлений, процессов или систем путем построения и изучения их моделей; использование моделей для определения поведения и характеристик реальных систем.

Математическая модель – модели, построенные с использованием математических понятий и инструментария (формул, графиков, систем уравнений и т.д.)

Основная и дополнительная литература по теме урока (точные библиографические данные с указанием страниц):

Открытые электронные ресурсы по теме урока :

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Реальные объекты исследования не всегда доступны для исследователя или в их функционирование нельзя вмешиваться. В этом случает можно заменить «оригинал» соответствующим аналогом (моделями), пользуясь которым можно провести эксперимент, изучать его поведение при изменениях параметров внешней и внутренней среды. В воспроизведении свойств объекта изучения на специально устроенном его аналоге-модели заключается суть процесса моделирование. Сама модель — это всегда упрощенное отражение объекта, копия реального объекта, обладающая его основными характеристиками и способная имитировать его поведение.

Модели могут быть реальными (материальными), например, модели самолетов, макеты зданий, фотографии, протезы, куклы и т.п., а также теоретическими (идеальными или абстрактными), создаваемые средствами языка (как естественного человеческого языка, так и специальных языков, например, языком математики. В этом случае мы имеем математическую модель, которая описывает взаимосвязи в изучаемой системе).

Математическое моделирование – инструмент познания, изучения и исследования сложных систем. Эти системы сложны потому, что либо состоят из большого числа структурных компонентов, либо находятся под влиянием большего числа внешних факторов. В этом случае ученые создают модели – упрощенные копии систем, отражающие их структуру и функциональные взаимосвязи. В логике исследования под особым вниманием находятся лишь некоторые компоненты системы и ее взаимосвязи. Математические модели могут быть представлены в виде математических формул, систем уравнений, графиков и т.д. Например, системы дифференциальных уравнений в модели Лотки-Вольтерра, изучающей системы «паразит-хозяин» и «хищник-жертва» или графический образ экологических пирамид (масс, энергий) и др.

Выделяют три функции моделирования:

Познавательная функция заключается в том, что за счет абстрагирования модели позволяют достаточно просто объяснить наблюдаемые на практике явления и процессы (другими словами, они дают ответ на вопрос «почему мир устроен так»).

Прогностическая функция моделирования отражает его возможность предсказывать будущие свойства и состояния моделируемых систем, то есть отвечать на вопрос «что будет?».

Нормативная функция моделирования заключается в получении ответа на вопрос «как должно быть?» – если, помимо состояния системы, заданы критерии оценки ее состояния, то возможно не только описать существующую систему, но и построить ее нормативный образ – желательный с точки зрения субъекта, интересы и предпочтения которого отражены используемыми критериями.

Примеры моделей различных типов в естественных науках

Источник

Естествознание. 10 класс

Конспект урока

Естествознание, 10 класс

Урок 8. Моделирование в науке

Перечень вопросов, рассматриваемых в теме:

Модель (франц. modele, от лат. modulus мера, образец, норма) — это форма отображения определённого фрагмента действительности (предмета, явления, процесса, ситуации), который содержит существенные свойства моделируемого объекта и может быть представлен в абстрактной (мысленной или знаковой) или материальной (предметной) форме.

Моделирование – метод теоретического познания, состоящий в исследовании каких-либо явлений, процессов или систем путем построения и изучения их моделей; использование моделей для определения поведения и характеристик реальных систем.

Математическая модель – модели, построенные с использованием математических понятий и инструментария (формул, графиков, систем уравнений и т.д.)

Основная и дополнительная литература по теме урока (точные библиографические данные с указанием страниц):

Открытые электронные ресурсы по теме урока :

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Реальные объекты исследования не всегда доступны для исследователя или в их функционирование нельзя вмешиваться. В этом случает можно заменить «оригинал» соответствующим аналогом (моделями), пользуясь которым можно провести эксперимент, изучать его поведение при изменениях параметров внешней и внутренней среды. В воспроизведении свойств объекта изучения на специально устроенном его аналоге-модели заключается суть процесса моделирование. Сама модель — это всегда упрощенное отражение объекта, копия реального объекта, обладающая его основными характеристиками и способная имитировать его поведение.

Модели могут быть реальными (материальными), например, модели самолетов, макеты зданий, фотографии, протезы, куклы и т.п., а также теоретическими (идеальными или абстрактными), создаваемые средствами языка (как естественного человеческого языка, так и специальных языков, например, языком математики. В этом случае мы имеем математическую модель, которая описывает взаимосвязи в изучаемой системе).

Математическое моделирование – инструмент познания, изучения и исследования сложных систем. Эти системы сложны потому, что либо состоят из большого числа структурных компонентов, либо находятся под влиянием большего числа внешних факторов. В этом случае ученые создают модели – упрощенные копии систем, отражающие их структуру и функциональные взаимосвязи. В логике исследования под особым вниманием находятся лишь некоторые компоненты системы и ее взаимосвязи. Математические модели могут быть представлены в виде математических формул, систем уравнений, графиков и т.д. Например, системы дифференциальных уравнений в модели Лотки-Вольтерра, изучающей системы «паразит-хозяин» и «хищник-жертва» или графический образ экологических пирамид (масс, энергий) и др.

Выделяют три функции моделирования:

Познавательная функция заключается в том, что за счет абстрагирования модели позволяют достаточно просто объяснить наблюдаемые на практике явления и процессы (другими словами, они дают ответ на вопрос «почему мир устроен так»).

Прогностическая функция моделирования отражает его возможность предсказывать будущие свойства и состояния моделируемых систем, то есть отвечать на вопрос «что будет?».

Нормативная функция моделирования заключается в получении ответа на вопрос «как должно быть?» – если, помимо состояния системы, заданы критерии оценки ее состояния, то возможно не только описать существующую систему, но и построить ее нормативный образ – желательный с точки зрения субъекта, интересы и предпочтения которого отражены используемыми критериями.

Примеры моделей различных типов в естественных науках

Источник

Естествознание. 10 класс

Конспект урока

Естествознание, 10 класс

Урок 6 Теоретические методы исследования

Перечень вопросов, рассматриваемых в теме:

Метод — способ построения знания, форма практического и теоретического освоения действительности.

Анализ – разделение целостного предмета на составные части (стороны, признаки, свойства или отношения) с целью их всестороннего изучения;

Аналогия – прием познания, при котором на основе сходных объектов в одних признаках заключают об их сходстве и в других признаках;

Дедукция – логическое умозаключение от общего к частному.

Индукция – это логическое умозаключение от частных, единичных случаев к общему выводу, от отдельных фактов к обобщению.

Классификация – это разделение всех изучаемых предметов на отдельные группы в соответствии с каким – либо важным для исследователя признаком

Моделирование – изучение объекта (оригинала) путем создания и исследования его копии (модели), замещающей оригинал с определенных сторон, интересующих исследователя;

Обобщение – прием мышления, в результате которого устанавливаются общие свойства и признаки объектов;

Синтез – соединение ранее выделенных частей предмета в единое целое;

Сравнение – методы измерений, в которых измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой.

Основная и дополнительная литература по теме урока:

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Развитие научных представлений о мире шло сложным путем накопления фактов, наблюдений, открытий законов природы. Представление о мире, степень воздействия науки на жизнь человеческого общества время от времени резко менялись. Менялись и методы познания природных явлений. Роль методов как составной части науки сложно переоценить. Зачастую именно появление нового метода исследования определяет дальнейшее развитие науки. Метод в переводе с греческого языка означает «путь исследования, способ познания».

Немецкий ученый Готлиб Лейбниц (1646 — 1716) говорил: «На свете есть вещи поважнее самых прекрасных открытий – это знание метода, которым они были сделаны», а английский философ и ученый Фрэнсис Бэкон (1561 — 1626) сравнивал метод со светильником, освещающим путнику дорогу в темноте: «Даже хромой, идущий по дороге, опережает того, кто идет без дороги». Правильно подобранный метод ведет к определенной цели, дает достоверные результаты, обеспечивает получение объективных знаний.

Любая отрасль естествознания развивалась и развивается в два этапа. Сначала научные исследования имеют описательный характер. Происходит накопление фактических данных, составляющих основу конкретной науки. Особую ценность представляют те результаты, которые связывают воедино, приводят в систему ранее известные, но разрозненные факты. Такой период развития науки называют эмпирическим.

Эмпиризм (греч. empeiria – опыт) – учение, признающее опыт, основанный на ощущениях, единственным источником знаний. На данном этапе развития исследований естествоиспытатели ставят вопрос «как»: как протекает реакция, какое вещество получается, какие вещества необходимы и т. д.

На втором этапе развития исследования направляются на выяснение причинной связи, например, установления связи между строением вещества и его свойствами. Этот период развития науки называют рациональным. Рационализм (лат. rationalis – разумный, обоснованный, целесообразный) – направление в теории познания, признающее разум решающим источником знания. На данном этапе исследователи пытаются ответить на вопрос «почему».

Развитие в два этапа – эмпирический и теоретический (рациональный) – касается как науки в целом, так и отдельных ее разделов. Таким образом, выделяются эмпирические и теоретические методы.

Эмпирические методы: наблюдение, измерение эксперимент. Теоретические методы: анализ, синтез, абстрагирование, обобщение, индукция, дедукция, моделирование, классификация и др.

Рассмотрим особенности некоторых теоретических методов

Классификация и систематизация – это важнейшие функции любой науки.

Классификация – это разделение всех изучаемых предметов на отдельные группы в соответствии с каким – либо важным для исследователя признаком (особенно часто используется в описательных науках – многих разделах биологии, геологии, географии, кристаллографии и. т. п.). Примерами классификаций могут служить: 1) планеты Солнечной системы; 2) растения; 3) химических элементов.

К основным принципам классификации можно отнести следующие положения:

1. Все члены деления в совокупности должны составлять исходное понятие;

2. Разбиение на группы (классы) проводят по одному или небольшому числу признаков (основанию классификации), которое имеет существенное значение.

3. Члены деления не должны пересекаться, т.е. взаимно исключать друг друга.

4. Распределение на классы должно быть непрерывным, без скачков

Систематизация упорядочивает знания, т.е. приводит в систему наблюдения и экспериментальные факты. Для узкого круга фактов, например для веществ, она обычно сводится к классификации, то есть к распределению на классы. Таким образом, классификация – это тоже упорядочение, но более узкое и менее глубокое, чем систематизация.

Классификацию проводят по одному или небольшому числу признаков. Например, все химические элементы делят на металлы и неметаллы. Систематизация – это более глубокое, чем классификация, обобщение. Она отражает внутреннюю сущность объектов исследования. Например, Д. И. Менделеев систематизировал все химические элементы. В данном случае не имеет значения то, что внутренняя сущность химических элементов в то время не была ясной (электронное строение). Важно то, что суждение о внутренней связи химических элементов являлось в данной ситуации почти неизбежным следствием. Систематизация – столь широкое обобщение, что часто позволяет делать предсказания (для Периодической системы – свойства еще не открытых химических элементов), а это уже характерная черта научной теории. Таким образом, систематизация часто бывает первым шагом к научной теории.

Научные теории создаются, в основном индуктивным путем, т.е. на основе систематизации накопленной информации от частного к общему, от отдельных фактов к выводу об общей закономерности. Такой теоретический метод познания называют индукцией. Индукция как метод широко используется в науке. Можно сказать, что она является основным методом научного познания природы. Им пользуются ученые для создания и развития науки.

Например, изучение свойств отдельных химических элементов, в конце концов, привело Менделеева к созданию Периодической системы и открытию Периодического закона.

Способ рассуждения от общего к частному, то есть при котором из общих посылок с необходимостью следует заключение частного характера, называется дедукцией. Например, зная, что все селитры (нитраты щелочных и щелочноземельных металлов и нитрат аммония) хорошо растворимы в воде, мы можем сделать умозаключение, что нитрат калия KNO₃ хорошо растворим в воде.

Теоретическая физика, современная математика основываются на системе аксиом, основополагающих утверждениях. Аксиомы являются фундаментом на котором строиться научного знание путем выведения умозаключений от общего к частному. Этот метод называют дедукцией. Его развивал французский философ и ученый Рене Декарт (1596-1650).

Примерам получения знания об одном предмете разными путями является открытие законов движения небесных тел. В начале XVII на основе большого количества данных наблюдений за движением планеты Марс методом индукции И. Кеплер открыл эмпирические законы движения планет в Солнечной системе. В конце этого же века на основе закона всемирного тяготения дедуктивным путем Ньютон вывел обобщенные законы движения небесных тел.

Большое значение в современной науке приобрели статистические методы, позволяющие определять средние значения, характеризующие всю совокупность изучаемых предметов. «Применяя статистический метод, мы не можем предсказать поведение отдельного индивидуума совокупности. Мы можем только предсказать вероятность того, что он будет вести себя некоторым определенным образом…

Статистические законы можно применять только к большим совокупностям, но не к отдельным индивидуумам, образующим эти совокупности» (А. Эйнштейн, Л. Инфельд).

Важную роль при переходе от эмпирических исследований к созданию теории играет интуиция. Интуитивное прозрение обычно является результатом напряженной и обширной предшествующей работой мысли. Интуиция – это предчувствие, постижение истины без логического обоснования. Можно сказать, что интуиция – это высшая степень познания, когда подсознательно используется знание законов, правил, теорий, хотя между ними и есть логические пробелы. Высокое мастерство исследователя проявляется в умении заставить мозг работать на уровне интуиции.

Эйнштейн писал: “В моей жизни взгляд на мир глазами художника играл большую роль. В конце концов работа научного исследователя развивается на почве воображения. Как артист создает свои образы отчасти интуитивно, так и ученый должен обладать большой долей интуиции”.

Эту позицию разделяет и выдающейся физик XX века Макс Борна (1882-1970): “…мы, ученые, всегда должны помнить, что весь опыт базируется на чувствах. Теоретик, погрязший в своих формулах, забывший о явлениях, которые он собирался объяснить, – это уже не настоящий ученый – физик или химик; а если своими книгами он загораживается от красоты и разнообразия природы, то для меня он жалкий глупец. Ныне мы достигли разумного равновесия между экспериментом и теорией, между чувственной и интеллектуальной реальностью. И мы должны следить за тем, чтобы такое равновесие сохранилось”.

Методы – неотъемлемая составная часть науки, они развиваются вместе с наукой и во многом определяют ее развитие.

В реальной исследовательской деятельности методы научных исследований взаимосвязаны

Примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля:

Задание 1. Метод, связанный с целенаправленным созданием ситуации, которая помогает изучить свойства и явления живой природы:

Задание 2. Начинающий исследователь целый месяц кормил одну группу из 10 крыс йогуртом, и все они прибавили в весе. Выделите цветом выводы, которые НЕ требуют дальнейшего экспериментального подтверждения?

Источник

«Использование метода моделирования на уроках окружающего мира при изучении взаимосвязей в природе

«Использование метода моделирования на уроках окружающего мира при изучении взаимосвязей в природе»

1. Роль моделирования как практического метода обучения в курсе «Окружающий мир» начальной школы………………………………………..5

1.1. Основы моделирования и его роль как практического метода обучения..5

1.2. Использование моделирования в курсе «Окружающий мир» и его влияние на обучение младших школьников………………………………….10

2. Методика применения метода моделирования на уроках «Окружающий мир» при изучении взаимосвязей в природе…………………………………18

2.1. Характеристика программы курса «Окружающий мир» с позиции темы исследования…………………………………………………………..………..18

2.2.Диагностика сформированности взаимосвязей в природе у младших школьников……………………………………………………………………..22

2.3. Планирование и конструирование уроков окружающего мира в 1 классе с использованием метода моделирования при изучении взаимосвязей в природе………………………………………………………………………….25

2.4. Выявление результатов формирующей работы в ходе контрольного исследования и обсуждение полученных результатов……………………….27

Список использованных источников и литературы…………………………31

В условиях современной научно-технической революции, когда происходит глубочайшее и разностороннее воздействие общества на природную среду, особое значение приобретает экологическое образование подрастающего поколения. В связи с этим возникает необходимость активно использовать на уроках окружающего мира такой метод обучения, как моделирование. Именно моделирование, на мой взгляд, в наибольшей мере отвечает задаче формирования у обучающихся знаний об экологических связях. Так как модели делают «видимыми» невидимые связи, где объекты соединены стрелками или линиями. Модели облегчают учащимся понимание связей, служат опорой для запоминания и воспроизведения знаний о них. Вместе с тем, процесс моделирования предполагает решающую роль самостоятельной работы детей, их непосредственное участие в построении моделей. Всё это активизирует познавательную деятельность детей и помогает им устанавливать связи, существующие в природе.

Моделирование как метод обучения применялся с первых шагов человека по передаче своего опыта подрастающему поколению. Однако лишь настоящему времени принадлежит его активное теоретическое осмысление, а следовательно, и более осознанное применение в практике[20, с.166]. Работа по описанию и представлению результатов наблюдений и опытов в виде шкал, диаграмм, графиков, формирует способности воображения и образно-символического мышления ребенка. Этой проблеме уделяют внимание следующие авторы: Е.В. Чудинова, Е.Н. Букварева, А.А. Плешаков, З.А. Клепинина и другие.

Актуальность использования метода моделирования на уроках окружающего мира при изучении взаимосвязей в природе обусловлена не только эффективным запоминанием учебного материала, но и тем, что внимание младших школьников акцентируется на возможности их личного участия в охране воздуха и воды.

Исходя из мнений и фактов, приводимых авторами, и мы можем определить проблему использования метода моделирования на уроках окружающего мира при изучении взаимосвязей в природе, как одну из актуальнейших и требующих внимательного рассмотрения и анализа.

Цель исследования: изучить использование метода моделирования на уроках окружающего мира при формировании знаний взаимосвязей в природе.

Объект исследования – процесс изучения взаимосвязей в природе на уроках окружающего мира.

Предмет исследования – использование метода моделирования на уроках окружающего мира.

Гипотеза исследования: если учитель использует метод моделирования на уроках окружающего мира, то это будет способствовать сформированности взаимосвязей в природе у младших школьников.

1)изучить литературу по проблеме использования метода моделирования на уроках окружающего мира;

2) исследовать сформированность взаимосвязей в природе у младших школьников.

3) подготовить и провести уроки окружающего мира в 1 классе по программе с использованием метода моделирования с целью изучения взаимосвязей в природе;

В ходе изучения данной проблемы были использованы следующие методы педагогического исследования:

Теоретический (анализ литературных источников по исследуемой проблеме;)

2. Практический (диагностика, её организация и проведение;)

3. Статистический (количественные и качественные результаты исследования).

Практическая значимость исследования. Результаты курсовой работы могут быть использованы педагогами при подготовке уроков окружающего мира в 1 классе.

Опытно-экспериментальная база – учащиеся 1-х классов МБОУ СОШ № 117, Н.Новгород.

Структура работы. Работа состоит из введения, двух глав, заключения, списка использованных источников и литературы, приложений.

1. Роль моделирования как практического метода обучения в курсе «Окружающий мир» начальной школы

1.1. Основы моделирования и его роль как практического метода обучения

Моделирование – важный метод научного познания. До недавнего времени моделирование успешно применялось главным образом в технических исследованиях, однако сейчас без использования этого метода становится немыслимым изучение многих явлений и процессов в других областях знания. В последнее время применение моделирования в обучении приобретает особое значение для повышения теоретического уровня педагогической науки и практики.

Моделирование – это метод опосредованного познания, при котором изучается не интересующий нас объект, а его заместитель (модель), находящийся в определенном объективном соответствии с познаваемым объектом, способный замещать его в некоторых отношениях и дающий при его исследовании новую информацию о моделируемом объекте [20].

На сегодняшний день педагогикой накоплен богатый арсенал методов обучения. Все многообразие их в зависимости от избираемого основания ученые классифицируют по видам дидактического характера. Разные авторы в основу подразделения методов обучения на группы и подгруппы кладут разные признаки, поэтому существует целый ряд классификаций методов обучения.

Значение любой такой классификации состоит в том, что она придает определенную направленность познавательной теоретической и практической деятельности учителя и учащихся. Возникают требования к построению, структуре метода обучения, которые обеспечивают успешное выполнение той или иной учебной задачи. Различные классификации позволяют увидеть метод обучения с различных сторон, придают ему различную структуру, различную взаимосвязь слагающих его компонентов. Поэтому, по существу, любой известный в практике метод обучения может быть отнесен к той или иной группе методов обучения в зависимости от структуры, которая ему придается. Вариативность структуры метода обучения позволяет учителю направить познавательную деятельность учащихся в желаемое русло и создать такую форму познания, которая обеспечивает успешное выполнение учебных задач.

А.А. Самарский выделает четыре этапа построения модели:

«Первый этап построения модели предполагает наличие некоторых знаний об объекте-оригинале. Познавательные возможности модели обусловливаются тем, что модель отображает (воспроизводит, имитирует) какие-либо существенные черты объекта-оригинала. Вопрос о необходимой и достаточной мере сходства оригинала и модели требует конкретного анализа. Очевидно, модель утрачивает свой смысл как в случае тождества с оригиналом (тогда она перестает быть моделью), так и в случае чрезмерного во всех существенных отношениях отличия от оригинала. Таким образом, изучение одних сторон моделируемого объекта осуществляется ценой отказа от исследования других сторон. Поэтому любая модель замещает оригинал лишь в строго ограниченном смысле. Из этого следует, что для одного объекта может быть построено несколько «специализированных» моделей, концентрирующих внимание на определенных сторонах исследуемого объекта или же характеризующих объект с разной степенью детализации.

На втором этапе модель выступает как самостоятельный объект исследования. Одной из форм такого исследования является проведение «модельных» экспериментов, при которых сознательно изменяются условия функционирования модели и систематизируются данные о её «поведении». Конечным результатом этого этапа является совокупность знаний о модели.

Главная особенность моделирования в том, что это метод опосредованного познания с помощью объектов-заместителей. Модель выступает как своеобразный инструмент познания, который исследователь ставит между собой и объектом и с помощью которого изучает интересующий его объект. Именно эта особенность метода моделирования определяет специфические формы использования абстракций, аналогий, гипотез, других категорий и методов познания [12].

Необходимость использования метода моделирования определяется тем, что многие объекты (или проблемы, относящиеся к этим объектам) непосредственно исследовать или вовсе невозможно, или же это исследование требует много времени и средств [21].

Основной задачей процесса моделирования является выбор наиболее адекватной к оригиналу модели и перенос результатов исследования на оригинал. Существуют общие методы и способы моделирования.
В настоящее время весьма эффективным и значимым является метод компьютерного моделирования.

Моделирование представляет собой деятельность по построению моделей и включает в себя следующие психические процессы: восприятие, представление, память, воображение и мышление. С точки зрения характера наглядности модели делятся на материальные и идеальные. К материальным относятся модели, выполненные из вещественных предметов (металла, дерева, стекла и т.д.).

Проектирование в школе современных, так называемых, проблемных методов обучения имитируется как процесс обучения, так и как путь научного познания. Поэтому моделирование в школе может использоваться как вид проектирования учебной деятельности, и как прием обучения в разных методических системах. Когда учитель ставит цель наглядно показать учащимся движение тел в противоположном направлении, он использует модель — заместитель реальной ситуации, чертеж отрезка прямой линии, по которой движутся тела, и направление их движения.

В этом случае совершенно очевидно моделирование используется как вид проектирования учебной деятельности учащихся. Когда учитель говорит: «Представим себе (предположим)…», то моделирование используется как способ познания, при котором имеются:

субъект познания (учащиеся);

объект познания (ситуация, отраженная в тексте задачи);

Таким образом, поскольку моделирование служит способом, а модель средством познания, то учитель, таким образом, проектирует учебную деятельность младших школьников, а учащиеся под руководством учителя пользуются и тем и другим в процессе получения новых знаний. Это означает, что моделирование может успешно применяться и как вид проектирования учебной деятельности, и как способ алгоритмизации учебной деятельности учащихся.

1.2. Использование моделирования в курсе «Окружающий мир» и его влияние на обучение младших школьников

В современном обучении моделирование используется для целей активной познавательной деятельности учащихся (приобретение новых знаний, закрепление их), для усвоения его как метода познания окружающей действительности, а также оперирования приемами мышления. [6, с. 3]

Академик Р.С. Гайсина в своей статье утверждает: «В отличие от работы с готовыми моделями, моделирование предполагает совместные действия учителя и учащихся по построению и изучению модели исследуемого природного объекта или явления. Моделирование как особый вид познавательной деятельности представляет собой процесс создания учащимися под руководством учителя образа изучаемого объекта, включающего наиболее существенные его характеристики, с отвлечением от незначимых и второстепенных. Например, для выбора способа удаления пыли с растений важно выделить такие признаки, как количество листьев и характер поверхности. Безразличны несущественные для данной деятельности их цвет и форма. Абстрагироваться от этих признаков представляет возможность моделирование».

Модель должна выступать результатом некоторого этапа исследования.

Существенные признаки и связи, зафиксированные в модели, становятся наглядными для учащихся тогда, когда эти признаки, связи были выделены самими детьми в их собственном действии, т.е. когда дети сами участвовали в создании моделей. В противном случае учащиеся не видят их в модели, и она не становится для них наглядной. Построение модели учащимися обеспечивает наглядность существенных свойств, скрытых связей и отношений, все остальные свойства, несущественные в данном случае, отбрасываются. В качестве доказательства правильности гипотезы используется все та же модель. В данном случае она является средством для обоснования точки зрения.

Часто это не под силу одному ученику, поэтому такую работу целесообразно проводить в группах. Внутри группы дети сами организуют свои действия: либо по принципу ролевого распределения, либо по принципу индивидуальных вкладов («мозговой штурм»). Если ставится задача прояснения какого либо понятия на основе модели, то учитель предлагает детям разбиться внутри группы на две подгруппы, которые отстаивали бы противоположные позиции. Организация групповой работы строится по следующему алгоритму:

повторение детьми задачи для групповой работы с целью проверки, одинаково ли она понимается всеми участниками группового сотрудничества;

выяснение способа предстоящей работы;

выработка единого решения (модели);

выяснение, кто будет отвечать от группы;

знаками показать готовность группы;

осуществить межгрупповое обсуждение результатов.

Работая в группе, дети окончательно уясняют новый способ действий, активно участвуют в выполнении задания, контролируют работу друг друга. Вместе с тем ответственность за правильность выполнения задания не лежит на ком-то одном, а распределяется между всеми участниками групповой работы. Это позволяет детям в комфортных для себя условиях освоить новое и перейти к индивидуальной работе с пониманием и накоплением опыта действий.

Например, изучая тему «Природа в опасности», знания об отрицательном воздействии человека на природу систематизируются в процессе построения модели «Влияние человека на природу». На этом этапе заполняется половина схемы; стрелки желательно использовать красного цвета, служащего сигналом опасности.

А затем целесообразно закончить построение модели, показав в оставшейся части способы охраны природы (включая и некоторые правила личного поведения).

Стрелки в этой части модели лучше сделать зелёного цвета.

Рассматривая взаимосвязи в природе, а именно темы «Кто, чем питается», «Цепи питания» тоже есть необходимость в построении моделей. Сначала учимся с ребятами распределять животных по особенностям питания:

Каждая модель в этой схеме – прямоугольник с изображением животного, причём мы договариваемся с ребятами о том, что:

— растительноядные условно будут отмечаться зелёным прямоугольником;

«Корм животных» можно изображать в виде рисунков, либо в виде прямоугольников со словами.

Учитель предлагает каждой группе или паре конверт, в который вложены изображения различных животных и название корма (или его изображение). Задание обучающимся: определить чем питается то или иное животное и к какой группе его можно отнести по особенностям питания. Задание для детей достаточно сложное, поэтому обязательно надо включать тех животных, которые знакомы детям. На обратной стороне открыток может быть помещена информация об особенностях питания изображенных животных, которой дети могут воспользоваться при выполнении задания или для самопроверки.

Затем через 1-2 минуты ученик от каждой группы или пары выходит к доске и докладывает результаты работы, располагая открытки с рисунками или фотографиями в таблицу данного вида:

Например, составляется «цепь питания»: дуб – лесные мыши – совы. Дети объясняют: «Лесные мыши кормятся жёлудями дубов. Но сами мыши добыча сов».

Таким образом, обучающиеся узнают, что «цепи питания» начинаются с растений – это 1 звено. Второе звено цепи – растительноядные животные. Третье звено – насекомоядные или хищные животные.

Этот рассказ сопровождается построением опорной модели:

Для закрепления предлагается поработать в парах или в группах, где ребята получают конверт с упражнениями вида: составь «цепь питания», используя карточки с изображением капусты, слизней, жабы. Расскажи, как связаны они между собой. Каждая группа (пара) составляет разные цепи питания.

— Что случиться, если мы уничтожим жаб? (слизни съедят всю капусту)

Таким образом, мы выходим на значимость каждого компонента пищевой цепи и наглядно показываем детям важность сохранения природных цепей питания.

Игровое моделирование важно использовать и на других уроках окружающего мира. Например, изучая тему «Планеты Солнечной системы», совместно с ребятами можно составить модель Солнечной системы с помощью пластилина или специально подготовленных моделей планет.

Очень важны для понимания детьми многих вопросов программы представления о частицах, из которых состоят вещества. Без этих представлений невозможно понять природу процессов растворения, испарения, круговорота воды в природе, изменения объёмов тел при нагревании и охлаждении. А сформировать у детей представления о частицах поможет построение объёмных моделей из пластилина или бумажных кружков. Разумеется, пластилиновые шарики и бумажные кружки, не передают истинной формы и тем более размеров частиц. Главная цель моделирования – показать относительные расстояния между частицами

Таким образом, игровое моделирование можно использовать практически на любом уроке окружающего мира. Всё зависит от творчества самого учителя. Использование метода моделирования способствует развитию логического мышления, учит рассуждать, последовательно излагать материал, повышает наглядность и практическую направленность обучения естествознанию.

Моделирование может успешно применяться и как вид проектирования учебной деятельности, и как способ алгоритмизации учебной деятельности учащихся.

2. Методика применения метода моделирования на уроках «Окружающий мир» при изучении взаимосвязей в природе

2.1. Характеристика программы курса «Окружающий мир» с позиции темы исследования

Программа разработана на основе Федерального государственного образовательного стандарта начального общего образования, Концепции духовно-нравственного развития и воспитания личности гражданина России, планируемых результатов начального общего образования.

Изучение курса «Окружающий мир» в начальной школе направлено на достижение следующих целей:

формирование целостной картины мира и осознание места в нём человека на основе единства рационально-научного познания и эмоционально-ценностного осмысления ребёнком личного опыта общения с людьми и природой;

духовно-нравственное развитие и воспитание личности гражданина России в условиях культурного и конфессионального многообразия российского общества.

Основными задачами реализации содержания курса являются:

1) формирование уважительного отношения к семье, населённому пункту, региону, в котором проживают дети, к России, её природе и культуре, истории и современной жизни;

2) осознание ребёнком ценности, целостности и многообразия окружающего мира, своего места в нём;

3) формирование модели безопасного поведения в условиях повседневной жизни и в различных опасных и чрезвычайных ситуациях;

4) формирование психологической культуры и компетенции для обеспечения эффективного и безопасного взаимодействия в социуме.

Специфика курса «Окружающий мир» состоит в том, что он, имея ярко выраженный интегративный характер, соединяет в равной мере природоведческие, обществоведческие, исторические знания и даёт обучающемуся материал естественных и социально-гуманитарных наук, необходимый для целостного и системного видения мира в/его важнейших взаимосвязях.

Знакомство с началами естественных и социально-гуманитарных наук в их единстве и взаимосвязях даёт ученику ключ (метод) к осмыслению личного опыта, позволяя сделать явления окружающего мира понятными, знакомыми и предсказуемыми, найти своё место в ближайшем окружении, прогнозировать направление своих личных интересов в гармонии с интересами природы и общества, тем самым обеспечивая в дальнейшем как своё личное, так и социальное благополучие.

Курс «Окружающий мир» представляет детям широкую панораму природных и общественных явлений как компонентов единого мира. В основной школе этот материал будет изучаться дифференцированно на уроках различных предметных областей: физики, химии, биологии, географии, обществознания, истории, литературы и других дисциплин.

В рамках же данного предмета благодаря интеграции естественнонаучных и социально-гуманитарных знаний могут быть успешно, в полном соответствии с возрастными особенностями младшего школьника решены задачи экологического образования и воспитания, формирования системы позитивных национальных ценностей, идеалов взаимного уважения, патриотизма, опирающегося на этнокультурное многообразие и общекультурное единство российского общества как важнейшее национальное достояние России. Таким образом, курс создаёт прочный фундамент для изучения значительной части предметов основной школы и для дальнейшего развития личности.

Используя для осмысления личного опыта ребёнка знания, накопленные естественными и социально-гуманитарными науками, курс вводит в процесс постижения мира ценностную шкалу, без которой невозможно формирование позитивных целевых установок подрастающего поколения.

Курс «Окружающий мир» помогает ученику в формировании личностного восприятия, эмоционального, оценочного отношения к миру природы и культуры в их единстве, воспитывает нравственно и духовно зрелых, активных, компетентных граждан, способных оценивать своё место в окружающем мире и участвовать в созидательной деятельности на благо родной страны и планеты Земля.

Значение курса состоит также в том, что в ходе его изучения школьники овладевают основами практико-ориентированных знаний о человеке, природе и обществе, учатся осмысливать причинно-следственные связи в окружающем мире, в том числе на многообразном материале природы и культуры родного края. Курс обладает широкими возможностями для формирования у младших школьников фундамента экологической и культурологической грамотности и соответствующих компетентностей — умений проводить наблюдения в природе, ставить опыты, соблюдать правила поведения в мире природы и людей, правила здорового образа жизни. Это позволит учащимся освоить основы адекватного природо- и культуросообразного поведения в окружающей природной и социальной среде. Поэтому данный курс играет наряду с другими предметами начальной школы значительную роль в духовно-нравственном развитии и воспитании личности, формирует вектор культурно-ценностных ориентации младшего школьника в соответствии с отечественными традициями духовности и нравственности.

Существенная особенность курса состоит в том, что в нём заложена содержательная основа для широкой реализации межпредметных связей всех дисциплин начальной школы. Предмет «Окружающий мир» использует и тем самым подкрепляет умения, полученные на уроках чтения, русского языка и математики, музыки и изобразительного искусства, технологии и физической культуры, совместно с ними приучая детей к рационально-научному и эмоционально-ценностному постижению окружающего мира.

В основе методики преподавания курса «Окружающий мир» лежит проблемно-поисковый подход, обеспечивающий «открытие» детьми нового знания и активное освоение различных способов познания окружающего. При этом используются разнообразные методы и формы обучения с применением системы средств, составляющих единую информационно-образовательную среду. Учащиеся ведут наблюдения явлений природы и общественной жизни, выполняют практические работы и опыты, в том числе исследовательского характера, различные творческие задания. Проводятся дидактические и ролевые игры, учебные диалоги, моделирование объектов и явлений окружающего мира.

Для успешного решения задач курса важны экскурсии и учебные прогулки, встречи с людьми различных профессий, организация посильной практической деятельности по охране среды и другие формы работы, обеспечивающие непосредственное взаимодействие ребёнка с окружающим миром. Занятия могут проводиться не только в классе, но и на улице, в лесу, парке, музее и т. д. Очень большое значение для достижения планируемых результатов имеет организация проектной деятельности учащихся, которая предусмотрена в каждом разделе программы.

В соответствии с названными ведущими идеями особое значение при реализации программы имеют новые для практики начальной школы виды деятельности учащихся, к которым относятся:

1) распознавание природных объектов с помощью специально разработанного для начальной школы атласа-определителя;

2) моделирование экологических связей с помощью графических и динамических схем (моделей);

3) эколого-этическая деятельность, включающая анализ собственного отношения к миру природы и поведения в нём, оценку поступков других людей, выработку соответствующих норм и правил, которая осуществляется с помощью специально разработанной книги для чтения по экологической этике.

Учебный курс «Окружающий мир» занимает особое место среди учебных предметов начальной школы. Образно говоря, это то, что «всегда с тобой», поскольку познание детьми окружающего мира не ограничивается рамками урока. Оно продолжается постоянно в школе и за её стенами. Сам учебный курс является своего рода системообразующим стержнем этого процесса. Вот почему важно, чтобы работа с детьми, начатая на уроках, продолжалась в той или иной форме и после их окончания, во внеурочной деятельности. Учителю следует также стремиться к тому, чтобы родители учащихся в повседневном общении со своими детьми, поддерживали их познавательные инициативы, пробуждаемые на уроках. Это могут быть и конкретные задания для домашних опытов и наблюдений, чтения и получения информации от взрослых.

2.2.Диагностика сформированности взаимосвязей в природе у младших школьников

Перед началом занятий было проведено исследование сформированности взаимосвязей в природе у младших школьников.

Обучающиеся занимаются по программе «Школа 2100».

Экспериментальная группа: 20 школьников из 1 «А»класса.

Контрольная группа: 20 младших школьников из 1″ Е» класса.

Период проведения опытно-экспериментальной работы с группой младших школьников из 1 «А» класса: ноябрь 2015г.

Опытно-экспериментальная работа проводилась в три этапа:

Для реализации поставленной цели был разработан тест, включающий 6 вопросов. При ответе обучающийся должен выбрать из трёх предложенных вариантов ответа один верный. За каждый верный ответ младший школьник получает 1 балл. Максимально он может получить 6 баллов.

Содержание заданий теста представлено в Приложении 1. Бланки с ответами обучающихся представлены в Приложении 3.

Источник