МІНІСТЕРСТВО АГЕНСТВО ДО ОСВІТИ
РОСІЙСЬКОЇ ФЕДЕРАЦІЇ
ГОУ ВПО «АДИГЕЙСЬКА ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ»
Факультет природознавства
Кафедра фізіології
Курсова робота
«Метод моделювання в ході вивчення питань загальної біології»
Ткаченко Анастасія Миколаївна
Студентка 4 курсу заочного відділення
Науковий керівник:
кандидат педагогічних наук
доцент Калашнікова О. К.
Майкоп 2010
Зміст
Введення
Глава I.
1.1 Історія моделювання як методу пізнання
1.2 Гносеологічна специфіка моделі та її визначення
Глава II.
2.1. Моделювання в біології
2.2. Про форми моделювання біологічних понять
Висновок
Література
Введення
Для сучасної освітньої системи проблема розумового виховання надзвичайно важлива. Необхідність компетентно орієнтуватися у зростаючому обсязі знань пред'являє інші, ніж були 30-40 років тому, вимоги до розумовому вихованню підростаючого покоління. На перший план висувається завдання формування здатності до активної розумової діяльності. На сучасному етапі треба давати дітям ключ до пізнання дійсності, а не прагнути до вичерпної сумі знань.
Між тим у багатьох країнах світу в усіх ланках системи освіти - від дошкільних закладів до університетів - зазначаються, з одного боку, зростання інформованості, з іншого боку - зниження в цілому якості знань, розумового розвитку учнів.
З цієї точки зору видається актуальним дослідження всіх аспектів розумового виховання, його завдань і організаційних методів. Одним з найбільш перспективних методів реалізації розумового виховання є моделювання. Метод моделювання відкриває перед педагогом ряд додаткових можливостей у розумовому вихованні. Саме тому темою курсової роботи було обрано дослідження методу моделювання під час вивчення питань загальної біології.
Тема нашої роботи: «Метод моделювання в ході вивчення питань загальної біології».
Об'єкт дослідження - моделювання як метод навчання.
Предмет дослідження - вплив методу моделювання на пізнавальний інтерес і творчу активність учнів в процесі вивчення біології.
Мета: обгрунтувати ефективність використання методу моделювання при вивченні біології.
Глава I.
1.1 Історія моделювання як методу пізнання
Моделювання як пізнавальний прийом невіддільне від розвитку знання. Практично у всіх науках про природу, живої та неживої, про суспільство, побудова та використання моделей є потужним знаряддям пізнання. Реальні об'єкти і процеси бувають настільки багатогранні і складні, що кращим способом їх вивчення часто є побудова моделі, що відображає якусь межу реальності і тому багато разів більш простий, ніж ця реальність, і дослідження спочатку цієї моделі.
Багатовіковий досвід розвитку науки довів на практиці плідність такого підходу.
Проте моделювання як специфічний засіб і форма наукового пізнання не є винаходом 19 або 20 століття.
Досить вказати на подання Демокpіта і Епікура про атоми, їх формі, і способах з'єднання, про атомні вихорах і зливах, пояснення фізичних властивостей різних речовин за допомогою подання про круглі і гладких або гачкуватих частинках, зчеплених між собою. Ці уявлення є прообразами сучасних моделей, що відображають ядеpно-електронним будова атома речовини [5].
По суті, моделювання як форма відображення дійсності зароджується в античну епоху одночасно з виникненням наукового пізнання. Однак у виразній формі (хоча без вживання самого терміна) моделювання починає широко використовуватися в епоху Відродження; Брунеллески, Мікеланджело та інші італійські архітектори і скульптори користувалися моделями проектованих ними споруд; в теоретичних же роботах Галілео Галілея і Леонардо да Вінчі не тільки використовуються моделі, але і з'ясовуються межі застосовності методу моделювання.
І. Ньютон користується цим методом уже цілком усвідомлено, а в 19 столітті важко назвати галузь науки або її додатків, де моделювання не мало б істотного значення; виключно велику методологічну роль зіграли в цьому відношенні роботи Кельвіна, Дж. Максвелла, Ф. А. Кекуле , А. М. Бутлерова та інших фізиків і хіміків - саме ці науки стали, можна сказати, класичними «полігонами» методу моделювання. [1]
20 століття приніс методу моделювання нові успіхи, але одночасно поставив його перед серйозними випробуваннями. З одного боку, розвивається математичний апарат виявив нові можливості і перспективи цього методу в розкритті загальних закономірностей і структурних особливостей систем різної фізичної природи, що належать до різних рівнів організації матерії, форм руху. З іншого ж боку, теорія відносності і, особливо, квантова механіка, вказали на неабсолютними, відносний характер механічних моделей, на труднощі, пов'язані з моделюванням.
Поява перших електронних обчислювальних машин (Джон фон Нейман, 1947) і формулювання основних принципів кібернетики (Норберт Вінер, 1948) привели до воістину універсальної значущості нових методів - як в абстрактних областях знання, так і в їх додатках.
В кінці 40-х років в нашій країні кібернетика піддавалася масованим атакам. У літературі, в тому числі і в навчальних посібниках, стверджувалося, що це реакційна лженаука, поставлена на службу імперіалізму, яка намагається замінити мислячого, бореться людини машиною в побуті і на виробництві, використовується для розробки електронного зброї, і т.п.
Реабілітація кібернетики відбулася завдяки старанням кількох великих учених, перш за все А.А. Ляпунова, які відстоювали правомірність і матеріалістичність кібернетичного погляду на світ. [8,12]. Слідом за вченими це завдання взяли на себе професійні філософи [14] (Баженов, Бірюков, Новік, Жуков та інші). Це тим більш важливо підкреслити, оскільки багато напрямків у науці ще довго залишалися під ідеологічною забороною (наприклад, генетика). Під час «відлиги» стала інтенсивно розвиватися і та область кібернетики, яка згодом була усвідомлена як проблематика систем штучного інтелекту. [6]
Моделювання нині має загальнонауковий характер і застосовується в дослідженнях живої та неживої природи, в науках про людину і суспільство.
Численні факти, що свідчать про широке застосування методу моделювання в дослідженнях, деякі суперечності, які при цьому виникають, зажадали глибокого теоретичного осмислення даного методу пізнання, пошуків його місця в теорії пізнання.
1.2 Гносеологічна специфіка моделі та її визначення
На сьогоднішній момент немає усталеної загальноприйнятої точки зору на місце моделювання серед методів пізнання. Безліч думок дослідників, що займаються даним питанням, тим не менш, укладаються у деяку область, обмежену двома полярними думками. Одне з них розглядає моделювання як якийсь вторинний метод, підлеглий більш загальним (менш радикальний варіант тієї ж по суті позиції-моделювання розглядається виключно як різновид такого емпіричного методу пізнання як експеримент). Інша ж, навпаки, називає моделювання «головним і основним методом пізнання», на підтвердження наводиться теза, що «всяке знову досліджуване явище чи процес нескінченно складно і різноманітне і тому до кінця принципово не пізнавано і не ізучаема» [4].
Головною причиною виникнення таких різних позицій автору відсутність загальноприйнятого і усталеного в науці визначення моделювання. Нижче зроблена спроба аналізу декількох визначень терміну «моделювання» та безпосередньо пов'язаного з ним терміна «модель». Це цілком виправдано, оскільки переважна більшість джерел визначають моделювання як «дослідження процесів, явищ і систем об'єктів через побудову та вивчення їх моделей». Тобто найбільшу складність становить проблема визначення моделі.
Спершу виділимо визначення, яке пропонує Оксфордський Тлумачний Словник [26]. У ньому наведено сім визначень поняття «модель», з яких найбільший інтерес представляють два: «Модель - тривимірне уявлення суб'єкта, речі або структури; звичайно в зменшеному масштабі» і «Модель - спрощене опис певної системи для подальших розрахунків». Іншими словами, авторам не вдається виділити справжні істотні ознаки моделі і вони пропонують різні визначення для різних видів моделей (більш докладне обговорення класифікації моделей наведено нижче, тут же відзначимо, що перше Оксфордського «визначення» описує досить вузький клас предметних моделей, а друга лежить де -то в площині абстрактно-знакових моделей). Основна помилка даних визначень - їх вузькість, обсяг поняття «модель» незмірно більше, ніж запропонований авторами словника.
Подібна проблема (тільки в менш значних масштабах) виникає і при аналізі визначення «моделі» у Радянському Енциклопедичному Словнику (СЕС). Модель авторами розглядається двояко. У вузькому сенсі - це «пристрій, що відтворює, імітує будову і дія якого-небудь іншого (модельованого) пристрою в наукових, виробничих або практичних цілях» [18]. Знову-таки слово «пристрій», що зустрічається у визначенні автоматично призводить до звуження поняття «модель» як мінімум до поняття «матеріальна модель». Тим не менш, це визначення являє собою набагато більшу цінність, ніж перше визначення оксфордського словника, тому що містить усередині себе надзвичайно важливу (як буде показано далі) формулювання, що розкриває сутність моделювання - «будову і дію».
Друге визначення СЕС («Модель - будь-який образ якого-небудь об'єкта, процесу, явища, використовуваний в якості його заступника або представника), навпаки, є дуже широким. Складно припустити, що знімок ядерного вибуху може служити моделлю самого вибуху. У даному випадку, автори в прагненні до короткого, але місткої визначенням принесли в жертву сутність поняття «модель». Дане визначення відображає швидше зовнішні ознаки, якими володіє модель, але не її внутрішній зміст. Однак, раціональне зерно є і в цьому визначенні - за словом «образ» вгадується більш важливе (з філософської точки зору) поняття - «відображення».
Ще одне визначення «моделі» наведено у підручнику [13]: «Модель є представленням об'єкта в певній формі, відмінній від форми його реального існування». Фактично, воно майже збігається з «широким» визначенням СЕС, але й тут автори замінюють слово «відображення» синонімічним оборотом. Крім того, використання терміну «об'єкт» може бути виправдане в рамках шкільного (але не вузівського) підручника, але неприйнятно для повного визначення. Сучасна наука займається вивченням не стільки окремих самостійних елементів, скільки їх взаємодій. Тому більш виправдано використання у визначенні терміна «система», який вбирає в себе як окремі елементи, так і їх відносини і зв'язки.
У цілому ж, останні два визначення можна визнати цілком задовільними і користуватися ними.
Подальший шлях розвитку та покращення визначень пов'язаний з цілями методу моделювання. Більшість дослідників виділяють три [2,13]:
· Розуміння пристрої конкретної системи, її структури, властивостей, законів розвитку і взаємодії з навколишнім світом
· Управління системою, визначення найкращих способів управління при заданих цілях і критеріях
· Прогнозування прямих і непрямих наслідків реалізації заданих способів і форм впливу на систему
Всі три цілі мають на увазі в тій чи іншій мірі наявності механізму зворотного зв'язку, тобто необхідна можливість не тільки перенесення елементів, властивостей і відносин модельованої системи на моделює, але й навпаки.
У такому випадку, визначення моделювання може бути сформульовано так [14]:
«Моделювання-це опосередковане практичне або теоретичне дослідження об'єкта, при якому безпосередньо вивчається не сам цікавий для нас об'єкт, а деяка допоміжна штучна або природна система:
1) знаходиться в деякому об'єктивному відповідно до пізнаваним об'єктом;
2) здатна заміщати його в певних відносинах;
3) дає при її дослідженні, в кінцевому рахунку, інформацію про сам моделируемом об'єкті »(три перерахованих ознаки по суті є визначальними ознаками моделі).
Дане визначення, що належить І. Б. Новік і А. А. Ляпуновим Єдине зауваження (швидше методологічного плану) полягає в тому, що автор розглядає відображення «об'єкт-система», замість «система-система». Даний недолік цілком простітелен, так як визначення дано понад 50 років тому, коли рівень науки відрізнялась від сучасної і теорія систем перебувала в стадії становлення.
Для порівняння:
Опpеделение І.Т. Фpолова:
«Моделювання означає матеріальне або уявне імітування реально існуючої системи шляхом спеціального констpуіpованія аналогів (моделей), в котоpих воспpоизводится пpинцип Організацію і функціоніpованія цієї системи». [22] Тут в основі думка, що модель-сpедство пізнання, головний її пpизнак - отобpаженіе. У той же час механізм зворотного зв'язку (третя ознака у Ляпунова) чітко у визначенні не простежується.
У західній філософії еталонним є визначення, яке дає В.А. Штофф у своїй книзі «моделиpование і філософія»: «Під моделлю розуміється така подумки пpедставляется або матеpіально peалізуемая система, якому отобpажая або воспpоизводится об'єкт дослідження, здатна заміщати його так, що її вивчення дає нам нову КВАЛІФІКАЦІЙНА про цей об'єкт». [24, C .22] Воно практично повністю збігається з визначенням Новіка-Ляпунова, але має один недолік - у визначенні не міститься вказівок на відносний характер моделі.
Глава II.
2.1 Моделювання в біології
Моделі в біології застосовуються для моделювання біологічних структур, функцій і процесів на різних рівнях організації живого: молекулярному, субклітинному, клітинному, органно-системному, організмовому і популяційно-биоценотическом. Можливо також моделювання різних біологічних феноменів, а також умов життєдіяльності окремих особин, популяцій та екосистем.
У біології застосовуються в основному три види моделей: біологічні, фізико-хімічні та математичні (логіко-математичні). Біологічні моделі відтворюють на лабораторних тварин певні стани або захворювання, що зустрічаються у людини або тварин. Це дозволяє вивчати в експерименті механізми виникнення даного стану або захворювання, його перебіг і результат, впливати на його перебіг. Приклади таких моделей - штучно викликані генетичні порушення, інфекційні процеси, інтоксикації, відтворення гіпертонічного та гіпоксичного стані, злоякісних новоутворень, гіперфункції або гіпофункції деяких органів, а також неврозів і емоційних станів. Для створення біологічної моделі застосовують різні способи впливу на генетичний апарат, зараження мікробами, введення токсинів, видалення окремих органів або введення продуктів їх життєдіяльності (наприклад, гормонів), різноманітні впливи на центральну і периферичну нервову систему, виключення з їжі тих чи інших речовин, приміщення в штучно створювану середовище проживання і багато інших способів. Біологічні моделі широко використовуються в генетиці, фізіології, фармакології.
Фізико-хімічні моделі відтворюють фізичними або хімічними засобами біологічні структури, функції або процеси і, як правило, є далеким подобою модельованого біологічного явища. Починаючи з 60-х рр.. 19 в. були зроблені спроби створення фізико-хімічної моделі структури та деяких функцій клітин. Так, німецький вчений М. Траубе (1867) імітував зростання живої клітини, вирощуючи кристали CuSО4 у водному розчині К4 [Fе (СN) 6]: французький фізик С. Ледюк (1907), занурюючи в насичений розчин К3РО4 сплавлений СаСl2, отримав - завдяки дії сил поверхневого натягу і осмосу - структури, що зовні нагадують водорості і гриби. Змішуючи оливкова олія з різними розчинними у воді речовинами і розміщуючи цю суміш у краплю води, О. Бючлі (1892) отримував мікроскопічні піни, що мали зовнішню схожість з протоплазмою; така модель відтворювала навіть амебоподібним рух. З 60-х рр.. 19 в. пропонувалися також різні фізичні моделі проведення збудження по нерву. У моделі, створеної італійським вченим К. Маттеуччі та німецькою - Л. Германом, нерв був представлений у вигляді дроту, оточеній оболонкою з провідника другого роду. При з'єднанні оболонки та дроту з гальванометром спостерігалася різниця потенціалів, що змінюються при нанесенні на ділянку "нерва" електричного "роздратування". Така модель відтворювала деякі біоелектричні явища при порушенні нерва. Французький учений Р. Ліллі на моделі розповсюджується по нерву хвилі збудження відтворив ряд явищ, які спостерігаються в нервових волокнах (рефрактерний період, "все або нічого" закон, двостороннє проведення). Модель представляла собою сталевий дріт, яку поміщали спочатку в міцну, а потім у слабку азотну кислоту. Дріт покривалася окислом, який відновлювався при ряді впливів; виник в одній ділянці процес відновлення поширювався вздовж дроту. Подібні моделі, що показали можливість відтворення деяких властивостей і проявів живого допомогою фізико-хімічних явищ, засновані на зовнішньому якісному схожості і представляють лише історичний інтерес.
РОСІЙСЬКОЇ ФЕДЕРАЦІЇ
ГОУ ВПО «АДИГЕЙСЬКА ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ»
Факультет природознавства
Кафедра фізіології
Курсова робота
«Метод моделювання в ході вивчення питань загальної біології»
Ткаченко Анастасія Миколаївна
Студентка 4 курсу заочного відділення
Науковий керівник:
кандидат педагогічних наук
доцент Калашнікова О. К.
Майкоп 2010
Зміст
Введення
Глава I.
1.1 Історія моделювання як методу пізнання
1.2 Гносеологічна специфіка моделі та її визначення
Глава II.
2.1. Моделювання в біології
2.2. Про форми моделювання біологічних понять
Висновок
Література
Введення
Для сучасної освітньої системи проблема розумового виховання надзвичайно важлива. Необхідність компетентно орієнтуватися у зростаючому обсязі знань пред'являє інші, ніж були 30-40 років тому, вимоги до розумовому вихованню підростаючого покоління. На перший план висувається завдання формування здатності до активної розумової діяльності. На сучасному етапі треба давати дітям ключ до пізнання дійсності, а не прагнути до вичерпної сумі знань.
Між тим у багатьох країнах світу в усіх ланках системи освіти - від дошкільних закладів до університетів - зазначаються, з одного боку, зростання інформованості, з іншого боку - зниження в цілому якості знань, розумового розвитку учнів.
З цієї точки зору видається актуальним дослідження всіх аспектів розумового виховання, його завдань і організаційних методів. Одним з найбільш перспективних методів реалізації розумового виховання є моделювання. Метод моделювання відкриває перед педагогом ряд додаткових можливостей у розумовому вихованні. Саме тому темою курсової роботи було обрано дослідження методу моделювання під час вивчення питань загальної біології.
Тема нашої роботи: «Метод моделювання в ході вивчення питань загальної біології».
Об'єкт дослідження - моделювання як метод навчання.
Предмет дослідження - вплив методу моделювання на пізнавальний інтерес і творчу активність учнів в процесі вивчення біології.
Мета: обгрунтувати ефективність використання методу моделювання при вивченні біології.
Глава I.
1.1 Історія моделювання як методу пізнання
Моделювання як пізнавальний прийом невіддільне від розвитку знання. Практично у всіх науках про природу, живої та неживої, про суспільство, побудова та використання моделей є потужним знаряддям пізнання. Реальні об'єкти і процеси бувають настільки багатогранні і складні, що кращим способом їх вивчення часто є побудова моделі, що відображає якусь межу реальності і тому багато разів більш простий, ніж ця реальність, і дослідження спочатку цієї моделі.
Багатовіковий досвід розвитку науки довів на практиці плідність такого підходу.
Проте моделювання як специфічний засіб і форма наукового пізнання не є винаходом 19 або 20 століття.
Досить вказати на подання Демокpіта і Епікура про атоми, їх формі, і способах з'єднання, про атомні вихорах і зливах, пояснення фізичних властивостей різних речовин за допомогою подання про круглі і гладких або гачкуватих частинках, зчеплених між собою. Ці уявлення є прообразами сучасних моделей, що відображають ядеpно-електронним будова атома речовини [5].
По суті, моделювання як форма відображення дійсності зароджується в античну епоху одночасно з виникненням наукового пізнання. Однак у виразній формі (хоча без вживання самого терміна) моделювання починає широко використовуватися в епоху Відродження; Брунеллески, Мікеланджело та інші італійські архітектори і скульптори користувалися моделями проектованих ними споруд; в теоретичних же роботах Галілео Галілея і Леонардо да Вінчі не тільки використовуються моделі, але і з'ясовуються межі застосовності методу моделювання.
І. Ньютон користується цим методом уже цілком усвідомлено, а в 19 столітті важко назвати галузь науки або її додатків, де моделювання не мало б істотного значення; виключно велику методологічну роль зіграли в цьому відношенні роботи Кельвіна, Дж. Максвелла, Ф. А. Кекуле , А. М. Бутлерова та інших фізиків і хіміків - саме ці науки стали, можна сказати, класичними «полігонами» методу моделювання. [1]
20 століття приніс методу моделювання нові успіхи, але одночасно поставив його перед серйозними випробуваннями. З одного боку, розвивається математичний апарат виявив нові можливості і перспективи цього методу в розкритті загальних закономірностей і структурних особливостей систем різної фізичної природи, що належать до різних рівнів організації матерії, форм руху. З іншого ж боку, теорія відносності і, особливо, квантова механіка, вказали на неабсолютними, відносний характер механічних моделей, на труднощі, пов'язані з моделюванням.
Поява перших електронних обчислювальних машин (Джон фон Нейман, 1947) і формулювання основних принципів кібернетики (Норберт Вінер, 1948) привели до воістину універсальної значущості нових методів - як в абстрактних областях знання, так і в їх додатках.
В кінці 40-х років в нашій країні кібернетика піддавалася масованим атакам. У літературі, в тому числі і в навчальних посібниках, стверджувалося, що це реакційна лженаука, поставлена на службу імперіалізму, яка намагається замінити мислячого, бореться людини машиною в побуті і на виробництві, використовується для розробки електронного зброї, і т.п.
Реабілітація кібернетики відбулася завдяки старанням кількох великих учених, перш за все А.А. Ляпунова, які відстоювали правомірність і матеріалістичність кібернетичного погляду на світ. [8,12]. Слідом за вченими це завдання взяли на себе професійні філософи [14] (Баженов, Бірюков, Новік, Жуков та інші). Це тим більш важливо підкреслити, оскільки багато напрямків у науці ще довго залишалися під ідеологічною забороною (наприклад, генетика). Під час «відлиги» стала інтенсивно розвиватися і та область кібернетики, яка згодом була усвідомлена як проблематика систем штучного інтелекту. [6]
Моделювання нині має загальнонауковий характер і застосовується в дослідженнях живої та неживої природи, в науках про людину і суспільство.
Численні факти, що свідчать про широке застосування методу моделювання в дослідженнях, деякі суперечності, які при цьому виникають, зажадали глибокого теоретичного осмислення даного методу пізнання, пошуків його місця в теорії пізнання.
1.2 Гносеологічна специфіка моделі та її визначення
На сьогоднішній момент немає усталеної загальноприйнятої точки зору на місце моделювання серед методів пізнання. Безліч думок дослідників, що займаються даним питанням, тим не менш, укладаються у деяку область, обмежену двома полярними думками. Одне з них розглядає моделювання як якийсь вторинний метод, підлеглий більш загальним (менш радикальний варіант тієї ж по суті позиції-моделювання розглядається виключно як різновид такого емпіричного методу пізнання як експеримент). Інша ж, навпаки, називає моделювання «головним і основним методом пізнання», на підтвердження наводиться теза, що «всяке знову досліджуване явище чи процес нескінченно складно і різноманітне і тому до кінця принципово не пізнавано і не ізучаема» [4].
Головною причиною виникнення таких різних позицій автору відсутність загальноприйнятого і усталеного в науці визначення моделювання. Нижче зроблена спроба аналізу декількох визначень терміну «моделювання» та безпосередньо пов'язаного з ним терміна «модель». Це цілком виправдано, оскільки переважна більшість джерел визначають моделювання як «дослідження процесів, явищ і систем об'єктів через побудову та вивчення їх моделей». Тобто найбільшу складність становить проблема визначення моделі.
Спершу виділимо визначення, яке пропонує Оксфордський Тлумачний Словник [26]. У ньому наведено сім визначень поняття «модель», з яких найбільший інтерес представляють два: «Модель - тривимірне уявлення суб'єкта, речі або структури; звичайно в зменшеному масштабі» і «Модель - спрощене опис певної системи для подальших розрахунків». Іншими словами, авторам не вдається виділити справжні істотні ознаки моделі і вони пропонують різні визначення для різних видів моделей (більш докладне обговорення класифікації моделей наведено нижче, тут же відзначимо, що перше Оксфордського «визначення» описує досить вузький клас предметних моделей, а друга лежить де -то в площині абстрактно-знакових моделей). Основна помилка даних визначень - їх вузькість, обсяг поняття «модель» незмірно більше, ніж запропонований авторами словника.
Подібна проблема (тільки в менш значних масштабах) виникає і при аналізі визначення «моделі» у Радянському Енциклопедичному Словнику (СЕС). Модель авторами розглядається двояко. У вузькому сенсі - це «пристрій, що відтворює, імітує будову і дія якого-небудь іншого (модельованого) пристрою в наукових, виробничих або практичних цілях» [18]. Знову-таки слово «пристрій», що зустрічається у визначенні автоматично призводить до звуження поняття «модель» як мінімум до поняття «матеріальна модель». Тим не менш, це визначення являє собою набагато більшу цінність, ніж перше визначення оксфордського словника, тому що містить усередині себе надзвичайно важливу (як буде показано далі) формулювання, що розкриває сутність моделювання - «будову і дію».
Друге визначення СЕС («Модель - будь-який образ якого-небудь об'єкта, процесу, явища, використовуваний в якості його заступника або представника), навпаки, є дуже широким. Складно припустити, що знімок ядерного вибуху може служити моделлю самого вибуху. У даному випадку, автори в прагненні до короткого, але місткої визначенням принесли в жертву сутність поняття «модель». Дане визначення відображає швидше зовнішні ознаки, якими володіє модель, але не її внутрішній зміст. Однак, раціональне зерно є і в цьому визначенні - за словом «образ» вгадується більш важливе (з філософської точки зору) поняття - «відображення».
Ще одне визначення «моделі» наведено у підручнику [13]: «Модель є представленням об'єкта в певній формі, відмінній від форми його реального існування». Фактично, воно майже збігається з «широким» визначенням СЕС, але й тут автори замінюють слово «відображення» синонімічним оборотом. Крім того, використання терміну «об'єкт» може бути виправдане в рамках шкільного (але не вузівського) підручника, але неприйнятно для повного визначення. Сучасна наука займається вивченням не стільки окремих самостійних елементів, скільки їх взаємодій. Тому більш виправдано використання у визначенні терміна «система», який вбирає в себе як окремі елементи, так і їх відносини і зв'язки.
У цілому ж, останні два визначення можна визнати цілком задовільними і користуватися ними.
Подальший шлях розвитку та покращення визначень пов'язаний з цілями методу моделювання. Більшість дослідників виділяють три [2,13]:
· Розуміння пристрої конкретної системи, її структури, властивостей, законів розвитку і взаємодії з навколишнім світом
· Управління системою, визначення найкращих способів управління при заданих цілях і критеріях
· Прогнозування прямих і непрямих наслідків реалізації заданих способів і форм впливу на систему
Всі три цілі мають на увазі в тій чи іншій мірі наявності механізму зворотного зв'язку, тобто необхідна можливість не тільки перенесення елементів, властивостей і відносин модельованої системи на моделює, але й навпаки.
У такому випадку, визначення моделювання може бути сформульовано так [14]:
«Моделювання-це опосередковане практичне або теоретичне дослідження об'єкта, при якому безпосередньо вивчається не сам цікавий для нас об'єкт, а деяка допоміжна штучна або природна система:
1) знаходиться в деякому об'єктивному відповідно до пізнаваним об'єктом;
2) здатна заміщати його в певних відносинах;
3) дає при її дослідженні, в кінцевому рахунку, інформацію про сам моделируемом об'єкті »(три перерахованих ознаки по суті є визначальними ознаками моделі).
Дане визначення, що належить І. Б. Новік і А. А. Ляпуновим Єдине зауваження (швидше методологічного плану) полягає в тому, що автор розглядає відображення «об'єкт-система», замість «система-система». Даний недолік цілком простітелен, так як визначення дано понад 50 років тому, коли рівень науки відрізнялась від сучасної і теорія систем перебувала в стадії становлення.
Для порівняння:
Опpеделение І.Т. Фpолова:
«Моделювання означає матеріальне або уявне імітування реально існуючої системи шляхом спеціального констpуіpованія аналогів (моделей), в котоpих воспpоизводится пpинцип Організацію і функціоніpованія цієї системи». [22] Тут в основі думка, що модель-сpедство пізнання, головний її пpизнак - отобpаженіе. У той же час механізм зворотного зв'язку (третя ознака у Ляпунова) чітко у визначенні не простежується.
У західній філософії еталонним є визначення, яке дає В.А. Штофф у своїй книзі «моделиpование і філософія»: «Під моделлю розуміється така подумки пpедставляется або матеpіально peалізуемая система, якому отобpажая або воспpоизводится об'єкт дослідження, здатна заміщати його так, що її вивчення дає нам нову КВАЛІФІКАЦІЙНА про цей об'єкт». [24, C .22] Воно практично повністю збігається з визначенням Новіка-Ляпунова, але має один недолік - у визначенні не міститься вказівок на відносний характер моделі.
Глава II.
2.1 Моделювання в біології
Моделі в біології застосовуються для моделювання біологічних структур, функцій і процесів на різних рівнях організації живого: молекулярному, субклітинному, клітинному, органно-системному, організмовому і популяційно-биоценотическом. Можливо також моделювання різних біологічних феноменів, а також умов життєдіяльності окремих особин, популяцій та екосистем.
У біології застосовуються в основному три види моделей: біологічні, фізико-хімічні та математичні (логіко-математичні). Біологічні моделі відтворюють на лабораторних тварин певні стани або захворювання, що зустрічаються у людини або тварин. Це дозволяє вивчати в експерименті механізми виникнення даного стану або захворювання, його перебіг і результат, впливати на його перебіг. Приклади таких моделей - штучно викликані генетичні порушення, інфекційні процеси, інтоксикації, відтворення гіпертонічного та гіпоксичного стані, злоякісних новоутворень, гіперфункції або гіпофункції деяких органів, а також неврозів і емоційних станів. Для створення біологічної моделі застосовують різні способи впливу на генетичний апарат, зараження мікробами, введення токсинів, видалення окремих органів або введення продуктів їх життєдіяльності (наприклад, гормонів), різноманітні впливи на центральну і периферичну нервову систему, виключення з їжі тих чи інших речовин, приміщення в штучно створювану середовище проживання і багато інших способів. Біологічні моделі широко використовуються в генетиці, фізіології, фармакології.
Фізико-хімічні моделі відтворюють фізичними або хімічними засобами біологічні структури, функції або процеси і, як правило, є далеким подобою модельованого біологічного явища. Починаючи з 60-х рр.. 19 в. були зроблені спроби створення фізико-хімічної моделі структури та деяких функцій клітин. Так, німецький вчений М. Траубе (1867) імітував зростання живої клітини, вирощуючи кристали CuSО4 у водному розчині К4 [Fе (СN) 6]: французький фізик С. Ледюк (1907), занурюючи в насичений розчин К3РО4 сплавлений СаСl2, отримав - завдяки дії сил поверхневого натягу і осмосу - структури, що зовні нагадують водорості і гриби. Змішуючи оливкова олія з різними розчинними у воді речовинами і розміщуючи цю суміш у краплю води, О. Бючлі (1892) отримував мікроскопічні піни, що мали зовнішню схожість з протоплазмою; така модель відтворювала навіть амебоподібним рух. З 60-х рр.. 19 в. пропонувалися також різні фізичні моделі проведення збудження по нерву. У моделі, створеної італійським вченим К. Маттеуччі та німецькою - Л. Германом, нерв був представлений у вигляді дроту, оточеній оболонкою з провідника другого роду. При з'єднанні оболонки та дроту з гальванометром спостерігалася різниця потенціалів, що змінюються при нанесенні на ділянку "нерва" електричного "роздратування". Така модель відтворювала деякі біоелектричні явища при порушенні нерва. Французький учений Р. Ліллі на моделі розповсюджується по нерву хвилі збудження відтворив ряд явищ, які спостерігаються в нервових волокнах (рефрактерний період, "все або нічого" закон, двостороннє проведення). Модель представляла собою сталевий дріт, яку поміщали спочатку в міцну, а потім у слабку азотну кислоту. Дріт покривалася окислом, який відновлювався при ряді впливів; виник в одній ділянці процес відновлення поширювався вздовж дроту. Подібні моделі, що показали можливість відтворення деяких властивостей і проявів живого допомогою фізико-хімічних явищ, засновані на зовнішньому якісному схожості і представляють лише історичний інтерес.
Пізніше більш складні моделі, засновані на набагато більш глибокому кількісному подобі, будувалися на принципах електротехніки та електроніки. Так, на основі даних електрофізіологічних досліджень були побудовані електронні схеми, що моделюють біоелектричні потенціали в нервовій клітині, її відростку і в синапсі. Побудовано також механічні машини з електронним управлінням, що моделюють складні акти поведінки (освіта умовного рефлексу, процеси центрального гальмування та ін.)
Значно більші успіхи досягнуті в моделюванні фізико-хімічних умов існування живих організмів або їх органів і клітин. Так, підібрані розчини неорганічних і органічних речовин (розчини Рінгера, Локка, Тироде та ін), що імітують внутрішнє середовище організму і підтримують існування ізольованих органів або культивованих поза організмом клітин.
Моделі біологічних мембран (плівка з природних фосфоліпідів розділяє розчин електроліту) дозволяють дослідити фізико-хімічні основи процесів транспорту іонів і вплив на нього різних факторів. За допомогою хімічних реакцій, що протікають в розчинах у автоколивальному режимі, моделюють коливальні процеси, характерні для багатьох біологічних феноменів, - диференціювання, морфогенезу, явищ у складних нейронних мережах і т. д.
Математичні модель (математичне та логіко-математичне опису структури, зв'язків і закономірностей функціонування живих систем) будуються на основі даних експерименту або умоглядно, формалізовано описують гіпотезу, теорію або відкриту закономірність того чи іншого біологічного феномена і вимагають подальшої дослідної перевірки. Різні варіанти подібних експериментів виявляють межі застосування математичної моделі і дають матеріал для її подальшого коригування. Математична модель в окремих випадках дозволяє передбачити деякі явища, раніше не відомі досліднику. Так, модель серцевої діяльності, запропонована голландськими вченими ван дер Полом і ван дер Марком, заснована на теорії релаксаційних коливань, вказала на можливість особливого порушення серцевого ритму, згодом виявленого у людини. З математичної моделі фізіологічних явищ слід назвати також модель збудження нервового волокна, розроблену англійськими вченими А. Ходжкіна і А. Хакслі. На основі теорії нервових мереж американських вчених У. Мак-Каллока і У. Пітса будуються логіко-математичні моделі взаємодії нейронів. Системи диференціальних та інтегральних рівнянь покладені в основу моделювання біоценозів (В. Вольтерра, А. Н. Колмогоров). Марковська математична модель процесу еволюції побудована О. С. Кулагіної і А. А. Ляпуновим. І. М. Гельфандом і М. Л. Цетлін на основі теорії ігор і теорії кінцевих автоматів розроблені модельні уявлення про організацію складних форм поведінки. Зокрема, показано, що управління численними м'язами тіла будується на основі вироблення в нервовій системі деяких функціональних блоків - синергій, а не шляхом незалежного управління кожним м'язом. Створення і використання математичних та логіко-математичних М., їх вдосконалення сприяють подальшому розвитку математичної і теоретичної біології.
Метод моделювання в біології є засобом, що дозволяє встановлювати все більш глибокі і складні взаємозв'язки між біологічної теорією та досвідом. В останнє сторіччя експериментальний метод у біології почав натрапляти на певні межі, і з'ясувалося, що цілий ряд досліджень неможливий без моделювання. Якщо зупинитися на деяких прикладах обмежень області застосування експерименту, то вони будуть в основному наступними: (19 з 15)
- Експерименти можуть проводитися лише на нині існуючих об'єктах (неможливість поширення експерименту в область минулого);
- Втручання в біологічні системи іноді має такий характер, що неможливо встановити причини з'явилися змін (внаслідок втручання або з інших причин);
- Деякі теоретично можливі експерименти неможливі внаслідок низького рівня розвитку експериментальної техніки;
- Велику групу експериментів, пов'язаних з експериментуванням на людині, слід відхилити з морально - етичних міркувань.
Але моделювання знаходить широке застосування в області біології не тільки через те, що може замінити експеримент. Воно має велике самостійне значення, яке виражається, на думку ряду авторів (19, 20,21), в цілому ряді переваг:
1. За допомогою методу моделювання на одному комплексі даних можна розробити цілий ряд різних моделей, по-різному інтерпретувати досліджуване явище, і вибрати найбільш плідну з них для теоретичного тлумачення;
2. У процесі побудови моделі можна зробити різні доповнення до досліджуваної гіпотезі та отримати її спрощення;
3. У разі складних математичних моделей можна застосовувати ЕОМ;
4. відкривається можливість проведення модельних експериментів (синтез амінокислот по Міллеру) (19 с152).
Все це ясно показує, що моделювання виконує в біології самостійні функції і стає все більш необхідною щаблем в процесі створення теорії. Проте моделювання зберігає своє евристичне значення тільки тоді, коли враховуються межі застосування будь-якої моделі.
2.2 Про форми моделювання біологічних понять
Побудова моделей як одна із сторін діалектичної пари протилежностей аналіз-синтез має багато аспектів, з яких певний висувається на перший план.
Особливо істотним при побудові моделей є аспект відображення, що розуміється в сенсі теорії пізнання.
Кожна модель зберігає знання в належній формі; при цьому запам'ятовування знань, як правило, пов'язано зі зменшенням надмірності. Тому кожна модель має також мовну функцію. Зміст знань є семантичної стороною, способи, за допомогою яких знання вводяться в модель, кодуються в ній, є синтаксичної стороною. Останній мовної компонент має велике значення при активізації моделі при кожному приведення її в дію.
Але в той же час модель у своїй функції як структура для зберігання знань є сполучною ланкою між теоретичним і емпіричним пізнанням. Фразу «немає нічого простішого за гарну теорію» слід сприймати дослівно. Формалізована теорія дозволяє описати велике число приватних фактів за допомогою найбільшого числа основних результатів. Отже, головне призначення теорії - у зменшенні надмірності, обумовленої достатком окремих фактів, і пов'язаних з цим більш глибоким пізнанням закономірних зв'язків.
В основі кожної моделі лежить більш-менш розвинена теорія відображуваного об'єкта; ця теорія укладається в синтаксично встановлені рамки, в концепцію системи, покладену в основу конкретного побудови моделі.
Системна концепція фіксує загальні рамки моделі, інакше кажучи, визначає структуру пам'яті моделі. Конкретна форма моделі, в якій вона може діяти в якості заміни лише одного конкретного об'єкта, виходить завдяки тому, що експериментальні, тобто емпіричні, дані наведені згідно з цими рамками, тобто для параметрів моделі, її ступенів свободи крок за кроком встановлюються всі більш достовірні значення. У цьому сенсі кожна розроблена модель висловлює компроміс між теорією і практикою, між теоретичними знаннями та емпіричними даними.
Основним стрижнем системи розвивального навчання є діяльнісний підхід. Тому зміст навчання задано у вигляді способів дитячих дій, а значить, результатом такого навчання буде ряд здібностей, якими оволодіють діти в ході навчання. Але які саме людські здібності криються у засобах роботи з біологічними об'єктами? Які з цих здібностей доречно робити предметом шкільного курсу навчання біології? Що такого особливого є в біології, чого не може дати дітям вивчення хімії, фізики та історії? Таким чином, я, як майбутній вчитель біології, має знайти щось унікальне, що б показати, що мій предмет може дати формується свідомості учня.
Для біології ключовим словом є слово «розвиток». Філософи біології все частіше звертають увагу на те, що біологія з часу Ч. Дарвіна все більш формується як наука про виникнення і розвитку органічного світу. Переважна увага саме до аспекту розвитку і досі відрізняє біологію від фізики і хімії, як би не посилювалася її залежність від цих наук.
Засвоєння поняття розвитку передбачає оволодіння особливим способом розгляду живого - потенційним дією з ним. Оволодіння поняттям розвитку допомагає становленню в людини здатності до обережною і уважною оцінці подій, вмінню бачити ці події у зв'язку з іншими, а не ізольовано; здатності передбачати різні можливі варіанти розгортання подій, наслідки втручання в динаміку складних системних об'єктів; здібності реконструювати хід вже доконаного процесу . Це і є, з моєї точки зору, ті базові компетентності, які можливо формувати у школярів на біологічному матеріалі при відповідному побудові змісту, форм і методів навчальної роботи. Дуже важливо відзначити те, що, хоча ці здібності можуть і повинні бути вирощені у кожної людини саме в ході вивчення біології (на біологічному матеріалі), вони можуть бути застосовані в самих різних сферах повсякденного соціального життя людей. Тому такий базовий курс шкільної біології буде потрібен усім без винятку підліткам.
При вивченні будь-якого розділу біології, важливо не лише продемонструвати учням, а й надати їм можливість самим переконатися в тому, що кожний спеціальний термін несе в собі інформацію про природу явища, структурі об'єкту, принцип роботи об'єкта, його властивості, взаємного зв'язку структури речовини з його властивостями, будови об'єкта з його функціонуванням. [11]
Учні часто не співвідносять між собою теоретичні знання про об'єкт дослідження і його будовою, просто кажучи, не можуть за описом скласти «портрет» об'єкта, і навпаки. Плутають поняття: речовина - тіло, структура речовини - форма тіла, структурні одиниці - частини цілого. Застосування в навчанні інформаційних пристроїв: комп'ютера, телевізора, магнітофона, мобільного телефону, принтера, інтерактивної дошки дозволяє по-новому вирішувати навчальні завдання. Однак електронні моделі не завжди дають повне уявлення про об'єкт. Внаслідок чого ми пропонуємо проводити заняття з моделювання біологічних об'єктів з використанням пластиліну.
Моделювання - це метод створення і дослідження моделей. Вивчення моделі дозволяє отримати нове знання, нову цілісну інформацію про об'єкт.
Суттєвими ознаками моделі є: наочність, абстракція, елемент наукової фантазії та уяви, використання аналогії як логічного методу побудови, елемент гіпотетичність. Іншими словами, модель являє собою гіпотезу, висловлену у наочній формі.
У ході заняття учням пропонують виконати моделі з курсу біології (віруси, бактерії, клітина - в загальної біології, так само такий метод можна застосовувати і в ботаніці, зоології, анатомії). Важливою властивістю моделі є наявність в ній творчої фантазії. Процес створення моделі досить трудомісткий, учні як би проходить через декілька етапів.
Перший - ретельне вивчення досвіду, пов'язаного з цікавлять дослідника явищем, аналіз та узагальнення цього досвіду та створення гіпотези, що лежить в основі майбутньої моделі.
Другий - складання програми дослідження, організація практичної діяльності відповідно до розробленої програми, внесення в неї корективів, підказаних практикою, уточнення початкової гіпотези дослідження, взятої в основу моделі.
Третій - створення остаточного варіанту моделі. Якщо на другому етапі дослідник як би пропонує різні варіанти конструируемого явища, то на третьому етапі він на основі цих варіантів створює остаточний зразок того чи проекту, який збирається втілити.
Іншими словами учні «пропускають» через себе інформацію, аналізують її і втілюють модель. Проводячи такі заняття, викладач досить легко може визначити, наскільки учень розуміє предмет. При використанні пластиліну в заняттях з моделювання біологічних об'єктів не виникає проблем сприйняття: самого завдання, стереотипу мислення, бачення об'єкта тільки в одній площині, змішання кольорів і форм.
Головними завданнями такого методу навчання є:
l отримання фактичних знань;
l вивчення найбільш складних для пізнання питань з біології;
l формування навички пошуку правильного рішення завдання із застосуванням аналізу і синтезу;
l вивчення і застосування методу моделювання на практиці;
l ознайомлення з розроблюваними в останнє десятиліття в Росії і за кордоном біологічними проблемами при проведенні робіт у комп'ютерному класі.
Найголовнішим у цій роботі виявилося дитяче відкриття, що будь-яка дія може призвести до зміни форми і структури об'єкта, і те, що будь-яке словесне пояснення треба довести виготовленням моделі, бажано діючою. Після «пластилінових» робіт краще сприймається електронні моделі, теоретичний матеріал. У свою чергу, мультимедійна інформація надає нові можливості використання різних «несподіваних» матеріалів для об'ємного моделювання об'єктів дослідження в класі і вдома.
На більшості уроків відбувається спільна робота учнів і вчителя з відкриття загальних принципів функціонування, устрою і розвитку живих істот і інших біологічних систем. Ці загальні принципи втілюються в різноманітних моделях. Ці моделі згодом стають основою дитячої самостійності, засобом розуміння навчальних та авторських текстів та дослідження нового.
На нашу думку, подібний тип навчання формує у дітей уміння вчитися, вчити себе. Найбільш важливі, ключові, змістовні кроки у розвитку важливих біологічних понять, з моєї точки зору, необхідно будувати як власні дитячі дослідження і відкриття. Поняття розвитку вибудовується як підсумок всієї навчальної роботи учнів по ходу розгортання предметної логіки. Воно спирається на різноманітну роботу з модельними формами, обслуговуючими формування ключових понять біології: понять органу, організму, індивідуального розвитку, еволюції, популяції, екосистеми. Ці базові поняття стають «очками» нового бачення дитиною світу живих істот і можливих власних дій у цьому світі.
Висновок
Відповідно до Концепції модернізації російської освіти на період до 2010 року, школа повинна формувати цілісну систему універсальних знань, умінь, навичок, а також самостійної діяльності й особистої відповідальності учнів, тобто ключові компетентності, що визначають сучасну якість освіти. Визначено найважливіші виховні завдання «формування у школярів громадянської відповідальності та правової самосвідомості, духовності і культури, ініціативності, самостійності, толерантності, здатності до успішної соціалізації в суспільстві та активної адаптації на ринку праці». [3, с.7]
Компетенції - соціальну вимогу до освітньої підготовки учня, необхідної для його ефективної продуктивної діяльності у певній сфері.
Для формування інформаційних компетенцій під час вивчення шкільного курсу біології вчитель повинен розвивати здатність учня самостійно шукати, отримувати, систематизувати, аналізувати і відбирати необхідну для вирішення навчальних завдань інформацію, організовувати, передавати її. [7, с.36]
Зміст предмета біології дозволяє дитині у співдружності з учителем пізнавати світ живої природи, себе, закономірності розвитку органічного світу. Проблеми природи - це проблеми і людини. Тому навчання на уроках біології має проходити під девізом: «Живучи у світі, будь його повноцінною частиною!».
Перед вченими і вчителями стоїть постійний питання: як розвивати мислення учнів у процесі навчання?
У діючі програми з предметів, у тому числі з біології, включений розділ «Вимоги до знань і вмінь учнів». Однак практика показує, що вчителі далеко не повною мірою реалізують ці вимоги, приділяючи основну увагу формуванню в учнів знань, а не умінь. І відбувається це не тому, що не хочемо, а тому, що не знаємо або не здогадуємося, що важливіше: знати або вміти?
Зв'язок між знаннями і вміннями можна охарактеризувати так: «Уміння - це знання в дії». Без знань немає умінь, але самі знання не можуть бути засвоєні і збережені без умінь.
Часто до кінцевого результату учень підводиться за допомогою виконання вимог вчителя: думай, питай, слухай, повторюй. А як думати? Як дивитися? Від учня приховані дії і порядок їх виконання. Тому необхідно розкрити прийоми, тобто треба показати, з яких дій прийом полягає (склад) і в якій послідовності треба виконувати навчальні дії (структура прийому).
Виховання учня-дослідника - це процес, який відкриває широкі можливості для розвитку активної і творчої особистості, здатної вести самостійний пошук, робити власні відкриття, вирішувати виникаючі проблеми, приймати рішення і нести за них відповідальність. Тільки в пошуку, в ході самостійних досліджень розвивається мислення дитини, знання і вміння здобуваються в результаті його власного пізнавального праці. Одним з таких самостійних досліджень є моделювання.
Моделювання - це наочно-практичний метод навчання. Наочність є необхідним і закономірним засобом освітнього процесу на всіх етапах вивчення біології в середній школі, так само як і практичний метод. Спеціальні психолого-педагогічні дослідження показали, що ефективність навчання залежить від ступеня залучення всіх органів почуттів людини. Чим різноманітніше чуттєве сприйняття навчального матеріалу, тим міцніше він засвоюється. Внаслідок цього ми вважаємо, що сукупність наочного і практичного методів навчання, у вигляді методу моделювання є самодостатнім і має зайняти гідне місце серед сучасних методів навчання.
Література
1. Авер'янов О.М. Системне пізнання світу: методологічні проблеми. М., 1991, С. 204, 261-263.
2. Алтухов В.Л., Шапошников В.Ф. Про перебудову мислення: філософсько-методологічні аспекти. М., 1988.
3. Збірник нормативних документів Біологія М., «Дрофа», 2004
4. Батоpоев К.Б. Кібеpнетіка і метод аналогій. М., Вища школа, 1974
5. Богомолов А.С. Антична філософія. М., МГУ, 1985
6. Майбутнє штучного інтелекту. М., Наука, 1991, С. 280-302.
7. В. П. Єрмаков, Г. А. Якунін, «Основи тифлопедагогіки», М., «Владос», 2000, с.69-76.
8. Питання філософії, 1995, № 7, С. 163.
9. Біологія 9-11. Експрес методика швидкого засвоєння шкільного курсу та підготовки до іспитів. Нова школа.2005. http://www.new-school.ru/
10. Віртуальна школа Кирила і Мефодія. Репетитор з біології підготовка до ЄДІ 2006.
11. В.С Конюшенко, С.Є Павлюченко.,. С.В Чубаров; «Методика навчання біології». Мінськ, «Книжковий Дім», 2004.
12. Г.Л. Біліч, В.А. Крижановська., Біологія для вступників до вузів. М., «Онікс», 2007, с.174.
13. Могилів А.В., Пак Н.І., Хеннер Є.К. Інформатика, М., Академія, 1999, С.674-677.
14. Новик І.Б. Про філософські питаннях кібернетичного моделювання. М., Знання, 1964.
15. Висоцька М.В. Нетрадиційні уроки з біології у 5-11 класах, М., Учитель, 2010.
16. Новік І. Б., Про моделювання складних систем, М., 1965
17. Моделювання в біології та медицині, Л., 1969
18. Радянський енциклопедичний словник (за ред. А. М. Прохорова) - М., Радянська Енциклопедія, 1980, С. 828.
19. Фролов І.Т. "Життя і пізнання. Про діалектиці в сучасній біології" М.: Думка, 1981
20. Амосов Н.М. "Моделювання мислення і психіки" М.: Наука, 1965
21. Веденов А.А. "Моделювання елементів мислення" М.: Наука, 1988
22. Фpолов І.Т. Гносеологічні пpоблеме моделиpования. М., Наука, 1961, С.20.
23. Теоретична і математична біологія, пров. з англ., М., 1968
24. Штофф В.А. Моделиpование і філософія. М., Наука, 1966.
25. http://allbest.ru/
26. Pocket Oxford Dictionary, March 1994, Oxford Univercity Press, 1994 (Електронна версія)
27. http://festival.1september.ru
28. "Практика розвивального навчання (система Д. Б. Ельконіна - В. В. Давидова)", А. Б. Воронцов М., "російська Енциклопедія"., 1998.
29. Полат Е. С. «Нові педагогічні та інформаційні технології в системі освіти» Москва, «Академія», 2001.
30. Т. П. Сальникова «Педагогічні технології» Москва, «Просвещение», 2005.г.
31. Концепції сучасного природознавства: Навчальний посібник - М.: Вища школа, 1998.
32. Практична психологія утворення 2-е вид. - Москва, ТЦ «Сфера», 1998 р. - Під редакцією І.В. Дубровиной.
33. Педагогіка. Навчальний посібник для студентів педагогічних вузів і педагогічних коледжів / За ред. П.І. Пидкасистого. - М.: Педагогічне товариство Росії, 1998.
34. Кларін М.В. "Інновації в навчанні. Метафори і моделі. "Москва," Наука ", 1997р.
35. Виноградова М.Д., Первін І. Б. Колективна пізнавальна діяльність та виховання школярів. - М., 1977.
Значно більші успіхи досягнуті в моделюванні фізико-хімічних умов існування живих організмів або їх органів і клітин. Так, підібрані розчини неорганічних і органічних речовин (розчини Рінгера, Локка, Тироде та ін), що імітують внутрішнє середовище організму і підтримують існування ізольованих органів або культивованих поза організмом клітин.
Моделі біологічних мембран (плівка з природних фосфоліпідів розділяє розчин електроліту) дозволяють дослідити фізико-хімічні основи процесів транспорту іонів і вплив на нього різних факторів. За допомогою хімічних реакцій, що протікають в розчинах у автоколивальному режимі, моделюють коливальні процеси, характерні для багатьох біологічних феноменів, - диференціювання, морфогенезу, явищ у складних нейронних мережах і т. д.
Математичні модель (математичне та логіко-математичне опису структури, зв'язків і закономірностей функціонування живих систем) будуються на основі даних експерименту або умоглядно, формалізовано описують гіпотезу, теорію або відкриту закономірність того чи іншого біологічного феномена і вимагають подальшої дослідної перевірки. Різні варіанти подібних експериментів виявляють межі застосування математичної моделі і дають матеріал для її подальшого коригування. Математична модель в окремих випадках дозволяє передбачити деякі явища, раніше не відомі досліднику. Так, модель серцевої діяльності, запропонована голландськими вченими ван дер Полом і ван дер Марком, заснована на теорії релаксаційних коливань, вказала на можливість особливого порушення серцевого ритму, згодом виявленого у людини. З математичної моделі фізіологічних явищ слід назвати також модель збудження нервового волокна, розроблену англійськими вченими А. Ходжкіна і А. Хакслі. На основі теорії нервових мереж американських вчених У. Мак-Каллока і У. Пітса будуються логіко-математичні моделі взаємодії нейронів. Системи диференціальних та інтегральних рівнянь покладені в основу моделювання біоценозів (В. Вольтерра, А. Н. Колмогоров). Марковська математична модель процесу еволюції побудована О. С. Кулагіної і А. А. Ляпуновим. І. М. Гельфандом і М. Л. Цетлін на основі теорії ігор і теорії кінцевих автоматів розроблені модельні уявлення про організацію складних форм поведінки. Зокрема, показано, що управління численними м'язами тіла будується на основі вироблення в нервовій системі деяких функціональних блоків - синергій, а не шляхом незалежного управління кожним м'язом. Створення і використання математичних та логіко-математичних М., їх вдосконалення сприяють подальшому розвитку математичної і теоретичної біології.
Метод моделювання в біології є засобом, що дозволяє встановлювати все більш глибокі і складні взаємозв'язки між біологічної теорією та досвідом. В останнє сторіччя експериментальний метод у біології почав натрапляти на певні межі, і з'ясувалося, що цілий ряд досліджень неможливий без моделювання. Якщо зупинитися на деяких прикладах обмежень області застосування експерименту, то вони будуть в основному наступними: (19 з 15)
- Експерименти можуть проводитися лише на нині існуючих об'єктах (неможливість поширення експерименту в область минулого);
- Втручання в біологічні системи іноді має такий характер, що неможливо встановити причини з'явилися змін (внаслідок втручання або з інших причин);
- Деякі теоретично можливі експерименти неможливі внаслідок низького рівня розвитку експериментальної техніки;
- Велику групу експериментів, пов'язаних з експериментуванням на людині, слід відхилити з морально - етичних міркувань.
Але моделювання знаходить широке застосування в області біології не тільки через те, що може замінити експеримент. Воно має велике самостійне значення, яке виражається, на думку ряду авторів (19, 20,21), в цілому ряді переваг:
1. За допомогою методу моделювання на одному комплексі даних можна розробити цілий ряд різних моделей, по-різному інтерпретувати досліджуване явище, і вибрати найбільш плідну з них для теоретичного тлумачення;
2. У процесі побудови моделі можна зробити різні доповнення до досліджуваної гіпотезі та отримати її спрощення;
3. У разі складних математичних моделей можна застосовувати ЕОМ;
4. відкривається можливість проведення модельних експериментів (синтез амінокислот по Міллеру) (19 с152).
Все це ясно показує, що моделювання виконує в біології самостійні функції і стає все більш необхідною щаблем в процесі створення теорії. Проте моделювання зберігає своє евристичне значення тільки тоді, коли враховуються межі застосування будь-якої моделі.
2.2 Про форми моделювання біологічних понять
Побудова моделей як одна із сторін діалектичної пари протилежностей аналіз-синтез має багато аспектів, з яких певний висувається на перший план.
Особливо істотним при побудові моделей є аспект відображення, що розуміється в сенсі теорії пізнання.
Кожна модель зберігає знання в належній формі; при цьому запам'ятовування знань, як правило, пов'язано зі зменшенням надмірності. Тому кожна модель має також мовну функцію. Зміст знань є семантичної стороною, способи, за допомогою яких знання вводяться в модель, кодуються в ній, є синтаксичної стороною. Останній мовної компонент має велике значення при активізації моделі при кожному приведення її в дію.
Але в той же час модель у своїй функції як структура для зберігання знань є сполучною ланкою між теоретичним і емпіричним пізнанням. Фразу «немає нічого простішого за гарну теорію» слід сприймати дослівно. Формалізована теорія дозволяє описати велике число приватних фактів за допомогою найбільшого числа основних результатів. Отже, головне призначення теорії - у зменшенні надмірності, обумовленої достатком окремих фактів, і пов'язаних з цим більш глибоким пізнанням закономірних зв'язків.
В основі кожної моделі лежить більш-менш розвинена теорія відображуваного об'єкта; ця теорія укладається в синтаксично встановлені рамки, в концепцію системи, покладену в основу конкретного побудови моделі.
Системна концепція фіксує загальні рамки моделі, інакше кажучи, визначає структуру пам'яті моделі. Конкретна форма моделі, в якій вона може діяти в якості заміни лише одного конкретного об'єкта, виходить завдяки тому, що експериментальні, тобто емпіричні, дані наведені згідно з цими рамками, тобто для параметрів моделі, її ступенів свободи крок за кроком встановлюються всі більш достовірні значення. У цьому сенсі кожна розроблена модель висловлює компроміс між теорією і практикою, між теоретичними знаннями та емпіричними даними.
Основним стрижнем системи розвивального навчання є діяльнісний підхід. Тому зміст навчання задано у вигляді способів дитячих дій, а значить, результатом такого навчання буде ряд здібностей, якими оволодіють діти в ході навчання. Але які саме людські здібності криються у засобах роботи з біологічними об'єктами? Які з цих здібностей доречно робити предметом шкільного курсу навчання біології? Що такого особливого є в біології, чого не може дати дітям вивчення хімії, фізики та історії? Таким чином, я, як майбутній вчитель біології, має знайти щось унікальне, що б показати, що мій предмет може дати формується свідомості учня.
Для біології ключовим словом є слово «розвиток». Філософи біології все частіше звертають увагу на те, що біологія з часу Ч. Дарвіна все більш формується як наука про виникнення і розвитку органічного світу. Переважна увага саме до аспекту розвитку і досі відрізняє біологію від фізики і хімії, як би не посилювалася її залежність від цих наук.
Засвоєння поняття розвитку передбачає оволодіння особливим способом розгляду живого - потенційним дією з ним. Оволодіння поняттям розвитку допомагає становленню в людини здатності до обережною і уважною оцінці подій, вмінню бачити ці події у зв'язку з іншими, а не ізольовано; здатності передбачати різні можливі варіанти розгортання подій, наслідки втручання в динаміку складних системних об'єктів; здібності реконструювати хід вже доконаного процесу . Це і є, з моєї точки зору, ті базові компетентності, які можливо формувати у школярів на біологічному матеріалі при відповідному побудові змісту, форм і методів навчальної роботи. Дуже важливо відзначити те, що, хоча ці здібності можуть і повинні бути вирощені у кожної людини саме в ході вивчення біології (на біологічному матеріалі), вони можуть бути застосовані в самих різних сферах повсякденного соціального життя людей. Тому такий базовий курс шкільної біології буде потрібен усім без винятку підліткам.
При вивченні будь-якого розділу біології, важливо не лише продемонструвати учням, а й надати їм можливість самим переконатися в тому, що кожний спеціальний термін несе в собі інформацію про природу явища, структурі об'єкту, принцип роботи об'єкта, його властивості, взаємного зв'язку структури речовини з його властивостями, будови об'єкта з його функціонуванням. [11]
Учні часто не співвідносять між собою теоретичні знання про об'єкт дослідження і його будовою, просто кажучи, не можуть за описом скласти «портрет» об'єкта, і навпаки. Плутають поняття: речовина - тіло, структура речовини - форма тіла, структурні одиниці - частини цілого. Застосування в навчанні інформаційних пристроїв: комп'ютера, телевізора, магнітофона, мобільного телефону, принтера, інтерактивної дошки дозволяє по-новому вирішувати навчальні завдання. Однак електронні моделі не завжди дають повне уявлення про об'єкт. Внаслідок чого ми пропонуємо проводити заняття з моделювання біологічних об'єктів з використанням пластиліну.
Моделювання - це метод створення і дослідження моделей. Вивчення моделі дозволяє отримати нове знання, нову цілісну інформацію про об'єкт.
Суттєвими ознаками моделі є: наочність, абстракція, елемент наукової фантазії та уяви, використання аналогії як логічного методу побудови, елемент гіпотетичність. Іншими словами, модель являє собою гіпотезу, висловлену у наочній формі.
У ході заняття учням пропонують виконати моделі з курсу біології (віруси, бактерії, клітина - в загальної біології, так само такий метод можна застосовувати і в ботаніці, зоології, анатомії). Важливою властивістю моделі є наявність в ній творчої фантазії. Процес створення моделі досить трудомісткий, учні як би проходить через декілька етапів.
Перший - ретельне вивчення досвіду, пов'язаного з цікавлять дослідника явищем, аналіз та узагальнення цього досвіду та створення гіпотези, що лежить в основі майбутньої моделі.
Другий - складання програми дослідження, організація практичної діяльності відповідно до розробленої програми, внесення в неї корективів, підказаних практикою, уточнення початкової гіпотези дослідження, взятої в основу моделі.
Третій - створення остаточного варіанту моделі. Якщо на другому етапі дослідник як би пропонує різні варіанти конструируемого явища, то на третьому етапі він на основі цих варіантів створює остаточний зразок того чи проекту, який збирається втілити.
Іншими словами учні «пропускають» через себе інформацію, аналізують її і втілюють модель. Проводячи такі заняття, викладач досить легко може визначити, наскільки учень розуміє предмет. При використанні пластиліну в заняттях з моделювання біологічних об'єктів не виникає проблем сприйняття: самого завдання, стереотипу мислення, бачення об'єкта тільки в одній площині, змішання кольорів і форм.
Головними завданнями такого методу навчання є:
l отримання фактичних знань;
l вивчення найбільш складних для пізнання питань з біології;
l формування навички пошуку правильного рішення завдання із застосуванням аналізу і синтезу;
l вивчення і застосування методу моделювання на практиці;
l ознайомлення з розроблюваними в останнє десятиліття в Росії і за кордоном біологічними проблемами при проведенні робіт у комп'ютерному класі.
Найголовнішим у цій роботі виявилося дитяче відкриття, що будь-яка дія може призвести до зміни форми і структури об'єкта, і те, що будь-яке словесне пояснення треба довести виготовленням моделі, бажано діючою. Після «пластилінових» робіт краще сприймається електронні моделі, теоретичний матеріал. У свою чергу, мультимедійна інформація надає нові можливості використання різних «несподіваних» матеріалів для об'ємного моделювання об'єктів дослідження в класі і вдома.
На більшості уроків відбувається спільна робота учнів і вчителя з відкриття загальних принципів функціонування, устрою і розвитку живих істот і інших біологічних систем. Ці загальні принципи втілюються в різноманітних моделях. Ці моделі згодом стають основою дитячої самостійності, засобом розуміння навчальних та авторських текстів та дослідження нового.
На нашу думку, подібний тип навчання формує у дітей уміння вчитися, вчити себе. Найбільш важливі, ключові, змістовні кроки у розвитку важливих біологічних понять, з моєї точки зору, необхідно будувати як власні дитячі дослідження і відкриття. Поняття розвитку вибудовується як підсумок всієї навчальної роботи учнів по ходу розгортання предметної логіки. Воно спирається на різноманітну роботу з модельними формами, обслуговуючими формування ключових понять біології: понять органу, організму, індивідуального розвитку, еволюції, популяції, екосистеми. Ці базові поняття стають «очками» нового бачення дитиною світу живих істот і можливих власних дій у цьому світі.
Висновок
Відповідно до Концепції модернізації російської освіти на період до 2010 року, школа повинна формувати цілісну систему універсальних знань, умінь, навичок, а також самостійної діяльності й особистої відповідальності учнів, тобто ключові компетентності, що визначають сучасну якість освіти. Визначено найважливіші виховні завдання «формування у школярів громадянської відповідальності та правової самосвідомості, духовності і культури, ініціативності, самостійності, толерантності, здатності до успішної соціалізації в суспільстві та активної адаптації на ринку праці». [3, с.7]
Компетенції - соціальну вимогу до освітньої підготовки учня, необхідної для його ефективної продуктивної діяльності у певній сфері.
Для формування інформаційних компетенцій під час вивчення шкільного курсу біології вчитель повинен розвивати здатність учня самостійно шукати, отримувати, систематизувати, аналізувати і відбирати необхідну для вирішення навчальних завдань інформацію, організовувати, передавати її. [7, с.36]
Зміст предмета біології дозволяє дитині у співдружності з учителем пізнавати світ живої природи, себе, закономірності розвитку органічного світу. Проблеми природи - це проблеми і людини. Тому навчання на уроках біології має проходити під девізом: «Живучи у світі, будь його повноцінною частиною!».
Перед вченими і вчителями стоїть постійний питання: як розвивати мислення учнів у процесі навчання?
У діючі програми з предметів, у тому числі з біології, включений розділ «Вимоги до знань і вмінь учнів». Однак практика показує, що вчителі далеко не повною мірою реалізують ці вимоги, приділяючи основну увагу формуванню в учнів знань, а не умінь. І відбувається це не тому, що не хочемо, а тому, що не знаємо або не здогадуємося, що важливіше: знати або вміти?
Зв'язок між знаннями і вміннями можна охарактеризувати так: «Уміння - це знання в дії». Без знань немає умінь, але самі знання не можуть бути засвоєні і збережені без умінь.
Часто до кінцевого результату учень підводиться за допомогою виконання вимог вчителя: думай, питай, слухай, повторюй. А як думати? Як дивитися? Від учня приховані дії і порядок їх виконання. Тому необхідно розкрити прийоми, тобто треба показати, з яких дій прийом полягає (склад) і в якій послідовності треба виконувати навчальні дії (структура прийому).
Виховання учня-дослідника - це процес, який відкриває широкі можливості для розвитку активної і творчої особистості, здатної вести самостійний пошук, робити власні відкриття, вирішувати виникаючі проблеми, приймати рішення і нести за них відповідальність. Тільки в пошуку, в ході самостійних досліджень розвивається мислення дитини, знання і вміння здобуваються в результаті його власного пізнавального праці. Одним з таких самостійних досліджень є моделювання.
Моделювання - це наочно-практичний метод навчання. Наочність є необхідним і закономірним засобом освітнього процесу на всіх етапах вивчення біології в середній школі, так само як і практичний метод. Спеціальні психолого-педагогічні дослідження показали, що ефективність навчання залежить від ступеня залучення всіх органів почуттів людини. Чим різноманітніше чуттєве сприйняття навчального матеріалу, тим міцніше він засвоюється. Внаслідок цього ми вважаємо, що сукупність наочного і практичного методів навчання, у вигляді методу моделювання є самодостатнім і має зайняти гідне місце серед сучасних методів навчання.
Література
1. Авер'янов О.М. Системне пізнання світу: методологічні проблеми. М., 1991, С. 204, 261-263.
2. Алтухов В.Л., Шапошников В.Ф. Про перебудову мислення: філософсько-методологічні аспекти. М., 1988.
3. Збірник нормативних документів Біологія М., «Дрофа», 2004
4. Батоpоев К.Б. Кібеpнетіка і метод аналогій. М., Вища школа, 1974
5. Богомолов А.С. Антична філософія. М., МГУ, 1985
6. Майбутнє штучного інтелекту. М., Наука, 1991, С. 280-302.
7. В. П. Єрмаков, Г. А. Якунін, «Основи тифлопедагогіки», М., «Владос», 2000, с.69-76.
8. Питання філософії, 1995, № 7, С. 163.
9. Біологія 9-11. Експрес методика швидкого засвоєння шкільного курсу та підготовки до іспитів. Нова школа.2005. http://www.new-school.ru/
10. Віртуальна школа Кирила і Мефодія. Репетитор з біології підготовка до ЄДІ 2006.
11. В.С Конюшенко, С.Є Павлюченко.,. С.В Чубаров; «Методика навчання біології». Мінськ, «Книжковий Дім», 2004.
12. Г.Л. Біліч, В.А. Крижановська., Біологія для вступників до вузів. М., «Онікс», 2007, с.174.
13. Могилів А.В., Пак Н.І., Хеннер Є.К. Інформатика, М., Академія, 1999, С.674-677.
14. Новик І.Б. Про філософські питаннях кібернетичного моделювання. М., Знання, 1964.
15. Висоцька М.В. Нетрадиційні уроки з біології у 5-11 класах, М., Учитель, 2010.
16. Новік І. Б., Про моделювання складних систем, М., 1965
17. Моделювання в біології та медицині, Л., 1969
18. Радянський енциклопедичний словник (за ред. А. М. Прохорова) - М., Радянська Енциклопедія, 1980, С. 828.
19. Фролов І.Т. "Життя і пізнання. Про діалектиці в сучасній біології" М.: Думка, 1981
20. Амосов Н.М. "Моделювання мислення і психіки" М.: Наука, 1965
21. Веденов А.А. "Моделювання елементів мислення" М.: Наука, 1988
22. Фpолов І.Т. Гносеологічні пpоблеме моделиpования. М., Наука, 1961, С.20.
23. Теоретична і математична біологія, пров. з англ., М., 1968
24. Штофф В.А. Моделиpование і філософія. М., Наука, 1966.
25. http://allbest.ru/
26. Pocket Oxford Dictionary, March 1994, Oxford Univercity Press, 1994 (Електронна версія)
27. http://festival.1september.ru
28. "Практика розвивального навчання (система Д. Б. Ельконіна - В. В. Давидова)", А. Б. Воронцов М., "російська Енциклопедія"., 1998.
29. Полат Е. С. «Нові педагогічні та інформаційні технології в системі освіти» Москва, «Академія», 2001.
30. Т. П. Сальникова «Педагогічні технології» Москва, «Просвещение», 2005.г.
31. Концепції сучасного природознавства: Навчальний посібник - М.: Вища школа, 1998.
32. Практична психологія утворення 2-е вид. - Москва, ТЦ «Сфера», 1998 р. - Під редакцією І.В. Дубровиной.
33. Педагогіка. Навчальний посібник для студентів педагогічних вузів і педагогічних коледжів / За ред. П.І. Пидкасистого. - М.: Педагогічне товариство Росії, 1998.
34. Кларін М.В. "Інновації в навчанні. Метафори і моделі. "Москва," Наука ", 1997р.
35. Виноградова М.Д., Первін І. Б. Колективна пізнавальна діяльність та виховання школярів. - М., 1977.