УДК 37.013

Метод имитационного моделирования – ключ к развитию пространственного мышления

Голова Анастасия Денисовна – студент Института психологии и педагогики Казанского (Приволжского) федерального университета

Аннотация: Статья посвящена теме, актуальность которой заключается в высокой практической потребности развития пространственного мышления школьников на уроках математики и отсутствия разнообразным методов его развития в педагогической науке. Одним из таких методов является метод имитационного моделирования, однако влияние данного метода на развитие пространственного мышления школьников охарактеризован не в полной мере, что вызывает затруднения в его использовании у учителей математики в рамках школьного курса.

Ключевые слова: пространственное мышление, имитационное моделирование, информационно-коммуникационная технология, урок геометрии.

Цель исследования: исследовать влияние метода имитационного моделирования на развитие пространственного мышления старшеклассников при решении задач геометрии Лобачевского.

Гипотеза исследования: использование метода имитационного моделирования при решении задач геометрии Лобачевского позволит повысить эффективность развития пространственного мышления старших школьников.

Задачи исследования:

1. Опытно-экспериментальным путем апробировать метод имитационного моделирования на группе школьников при решении задач геометрии Лобачевского.
2. Провести сравнительный анализ эффективности данного метода на развитие пространственного мышления у школьников, в обучении которых использовался метод имитационного моделирования, с группой школьников, где данный метод не применялся.

Методы исследования: теоретические (анализ научно-педагогической литературы по проблеме), метод анкетирования, (сбор первичной информации и итоговых данных), педагогический эксперимент, методы математической обработки экспериментальных данных.

Практическая значимость статьи заключается в том, что метод имитационного моделирования автором статьи используется не только как средство, способствующее развитию и становлению пространственного мышления в рамках урока геометрии, но и как мотивирующий элемент деятельности, так как использование моделей вызывает у учащихся любого возраста большой интерес. А сравнительный анализ использования метода имитационного моделирования с другими методами позволил выявить преимущества в его использовании на школьных уроках.

Введение

Педагогика в данное время находится в фазе активного роста. Введение нового ФГОС ООО, развитие информационных технологий, цифровизация образования – все это влияет на развитие педагогической науки.

Практический каждый школьный учитель геометрии сталкивается с трудностями в преподавании стереометрии, и задаются вопросом о том, как низкий уровень пространственного мышления влияет на скорость усвоения материала и использование каких методов способствует увеличению продуктивности на уроках геометрии.

С появлением новых «инструментов» в руках учителя появляется проблема выбора педагогических средств. В современной педагогике широкое распространение получил метод имитационного моделирования при конструировании педагогического процесса. Но при более детальном рассмотрении данного вопроса мы сталкиваемся с тем фактом, что теоретическое и методологическое описание имитационного моделирования, как педагогического средства, направленного на развитие пространственного мышления мало описан в современной литературе.

Проблема исследования: эффективен ли метод имитационного моделирования для развития пространственного мышления старших школьников рамках изучения геометрии Лобачевского?

Цель исследования: установить эффективность метода имитационного моделирования, как педагогического средства развития пространственного мышления школьников при решении задач геометрии Лобачевского.

Для достижения данной цели нами были решены следующие задачи:

1. Опытно-экспериментальным путем апробировать метод имитационного моделирования на группе школьников при решении задач геометрии Лобачевского.
2. Провести сравнительный анализ эффективности данного метода на развитие пространственного мышления у школьников, в обучении которых использовался метод имитационного моделирования, с группой школьников, где данный метод не применялся.

Результаты исследования

На первом этапе исследования при помощи метода анкетирования были получены данные об уровне развития пространственного мышления групп испытуемых при помощи анкеты. В данном контрольно-измерительном материале 4 блока. Первый блок включает краткую теорию по геометрии Лобачевского, на основании которой во втором блоке представлены 2 вопроса открытого типа, которые позволять понять могут ли учащиеся провести связь между пространственной геометрией и геометрией на плоскости. В третьем блоке представлена теория по использованию модели Пуанкаре, которая будет использована учащимися для решения задач четвертого блока. Данный блок позволит выявить умение совмещать объекты плоскости и пространства и применять, и видоизменять свойства данных объектов.

На втором этапе обучение экспериментальной группы проходило с использованием метода имитационного моделирования на примере изучения геометрии Лобачевского. Контрольная же группа обучалась без использования данного метода на уроках. Третий этап эксперимента подразумевает проведение итогового анкетирования для того, что увидеть динамику развития пространственного мышления школьников.

На констатирующем этапе проведения эксперимента была проведена диагностика уровня сформированности пространственного мышления школьников.

По результатам анкетирования можно сделать вывод, что всего 6 учащихся контрольной группы имеют средний результат (5-7 баллов) и всего 3 человека получили результат выше среднего (8-10 баллов). Данные результаты свидетельствуют о том, что порядка 60% учащихся контрольной группы обладают низким уровнем развития пространственного мышления.

Исходя из результатов тестирования экспериментальной группы видно, что 8 учащихся набрали 5-7 баллов и только двое смогли показать на констатирующем этапе эксперимента результат выше среднего. По данным таблицы только 31% учащихся имеют навыки пространственного мышления.

После проведения повторного среза на контрольном этапе эксперимента нами были получены следующие результаты: в контрольной группе число детей, получивший результат выше среднего увеличилось с 3 до 15 человек, а в экспериментальной группе с 2 до 20. Данные результаты позволяют нам увидеть качественные изменения сразу у двух групп.

Выводы

Метод имитационного моделирования в Европе появился в середине 19 века, но в России он начал свое становление лишь в конце ХХ столетии. Этим обусловлен тот факт, что данный метод практически не используется в рамка школьного процесса обучения, так как многие преподаватели имеют смутное представление о том, что этот метод из себя представляет и какими результативными качествами обладает. Проведенное исследование помогает ответить на данный вопрос, так как в нем представлены качественные изменения знаний учащихся и проведен сравнительный анализ процесса обучения без использования метода имитационного моделирования. По нашему мнению, данный метод благоприятно влияет на процессы восприятия и анализа полученной информации благодаря своей наглядности, что, в свою очередь, способствует развитию пространственного мышления учащихся. Метод имитационного моделирования так может быть использован и в других наука естественно-научного цикла.

Исследование вопроса развития пространственного мышления учащихся позволило автору статьи сделать вывод, что данная проблема является одной из центральных в вопросе освоения школьниками геометрии, так как на основании данной компетенции выстроен весь процесс изучения школьного курса стереометрии. Так использование большого количества компьютерных пространственных моделей позволило уменьшить материальные затраты школы на закупку объемных моделей, а также мотивировать школьников к изучению геометрии.

Исходя из результатов эксперимента можно сделать вывод, что метод имитационного моделирования является эффективным в вопросе развития компетенций. Использование данного метода позволило повысить показатели развития пространственного мышления с 6% до 67% в экспериментальной группе, когда в контрольной группе изменение составило 37%.

Однако, по нашему мнению, собранных данных будет недостаточно для того, чтобы делать однозначные выводы о том, что метод имитационного моделирования является одним из наилучших для формирования данной компетенции. Поэтому в дальнейшем предполагается провести данный эксперимент с большей выборкой, а также провести сравнение различных методов с методом имитационного моделирования и выявить наиболее эффективный способ развития пространственного мышления.

Список литературы

1. Akbar M. et al. Sol y Agua: A Game-based Learning Platform to Engage Middle-school Students in STEM //2018 IEEE Frontiers in Education Conference (FIE). – IEEE, 2018. – С. 1-9.
2. Akinsola M. K., Animasahun I. A. The Effect of Simulation-Games Environment on Students Achievement in and Attitudes to Mathematics in Secondary Schools //Online Submission. – 2007. – Т. 6. – №. 3.
3. Aldalalah O. et al. Effect of augmented reality and simulation on the achievement of mathematics and visual thinking among students //International Journal of Emerging Technologies in Learning (iJET). – 2019. – Т. 14. – №. 18. – С. 164-185.
4. Atabas S. et al. A tale of two sets of norms: Comparing opportunities for student agency in mathematics lessons with and without interactive simulations //The Journal of Mathematical Behavior. – 2020. – Т. 58. – С. 100761.
5. Caerols H., Carrasco R. A., Asenjo F. A. Using smartphone photographs of the Moon to acquaint students with non-Euclidean geometry //American Journal of Physics. – 2021. – Т. 89. – №. 12. – С. 1079-1085.
6. Eriksson K., Bränneby E., Hagelin M. An educational model for competence development within simulation and technologies for industry 4.0 //2021 Winter Simulation Conference (WSC). – IEEE, 2021. – С. 1-12.
7. Findley K. et al. Orchestrating mathematics lessons with interactive simulations: Exploring roles in the classroom //Journal of Technology and Teacher Education. – 2019. – Т. 27. – №. 1. – С. 37-62.
8. Gambini A., Lénárt I. Basic geometric concepts in the thinking of in-service and pre-service mathematics teachers //Education Sciences. – 2021. – Т. 11. – №. 7. – С. 350.