მოდელების გამოყენება სასწავლო პროცესში

ადამიანი თავის სამეცნიერო, საგანმანათლებლო, ტექნოლოგიურ და მხატვრულ საქმიანობაში მუდმივად ქმნის და იყენებს გარემომცველი სამყაროს მოდელებს. მოდელები საშუალებას გვაძლევს, თვალსაჩინოდ წარმოვიდგინოთ ობიექტების ფორმები და პროცესები, განსაკუთრებით კი ისინი, რომელთა უშუალოდ დანახვა და წარმოდგენა შეუძლებელია (ძალიან დიდი ან ძალიან პატარა ობიექტები, ძალიან სწრაფად ან ძალიან ნელა მიმდინარე პროცესები და სხვ.). მოდელირების ობიექტი შეიძლება იყოს საგანი, მოვლენა და პროცესი.

678

მოდელები როგორც თვალსაჩინოება ხშირად გამოიყენება სასწავლო პროცესში. მაგალითად, გეოგრაფიის სასწავლო კურსში პირველი წარმოდგენები ჩვენი პლანეტის შესახებ სწორედ მისი მოდელის – გლობუსის დახმარებით ფორმირდება. ფიზიკაში – ძრავის მუშაობის, ქიმიაში – ნივთიერების აგებულების, ბიოლოგიაში – ადამიანის აგებულების შესწავლაში ასევე მათი მოდელები გვეხმარება.

მოდელები უდიდეს როლს ასრულებს ტექნიკური მოწყობილობების, მანქანებისა და მექანიზმების, შენობების, ელექტრული წრედების და სხვათა პროექტირებასა და შექმნაში. ნახაზის წინასწარი შედგენის გარეშე არათუ რთული მექანიზმის, არამედ სულ პატარა დეტალის დამზადებაც კი წარმოუდგენელია. მეცნიერების განვითარება შეუძლებელია თეორიული მოდელების გარეშე (თეორია, კანონი, ჰიპოთეზა და სხვ.), რომლებიც ასახავს რეალური ობიექტების აგებულებას, თვისებებსა და ქცევას.

მოდელირება შემეცნების მეთოდია. იგი მოდელების შექმნასა და კვლევას მოიცავს. მოდელი – ეს არის ახალი ობიექტი, რომელიც ასახავს შესასწავლი ობიექტების, მოვლენებისა და პროცესების არსებით თავისებურებებს. ერთსა და იმავე ობიექტს შეიძლება ჰქონდეს მრავალი მოდელი, ხოლო სხვადასხვა ობიექტი შეიძლება ერთი და იმავე მოდელით იყოს წარმოდგენილი. მაგალითად, მექანიკაში სხვადასხვა მატერიალური სხეული (პლანეტით დაწყებული, ქვიშის მარცვლით დამთავრებული) შეიძლება განხილულ იქნეს როგორც მატერიალური წერტილი, ანუ ისინი სხვადასხვა ობიექტია, მაგრამ მათ ერთი მოდელი აქვთ.

მოდელები შეიძლება ორ დიდ ჯგუფად დავყოთ: საგნობრივ (მატერიალურ) მოდელებად და ინფორმაციულ მოდელებად. საგნობრივი (მატერიალური) მოდელები აღწერს ობიექტების გეომეტრიულ, ფიზიკურ და სხვა თვისებებს მატერიალური სახით (გლობუსი, ანატომიური მულაჟები, კრისტალური მესერების მოდელები, შენობა-ნაგებობების მაკეტები და სხვ.), ინფორმაციული მოდელები კი ობიექტებსა და პროცესებს წარმოსახვით ან ნიშნური ფორმით წარმოადგენს. საგნობრივი მოდელები (ნახატები, ფოტოსურათები და სხვ.), თავის მხრივ, ობიექტების მხედველობით გამოსახულებას ქმნის, რომელიც ინფორმაციის მატარებელ რომელიმე საშუალებაზეა (ქაღალდზე, ფოტო- ან კინოფირზე და სხვ.) აღბეჭდილი.

679

გეოგრაფიის სწავლების დამხმარე მოდელები

გამომსახველობითი ინფორმაციული მოდელებიც ფართოდ გამოიყენება როგორც სწავლების პროცესში (სხვადსხვა საგნის სასწავლო პლაკატები), ასევე მეცნიერებაშიც, სადაც საჭიროა ობიექტების კლასიფიცირება მათი გარეგანი ნიშნების მიხედვით (მაგალითად ბოტანიკაში, ბიოლოგიაში, პალეონტოლოგიაში, ასტრონომიაში და სხვ.).

ნიშნური მოდელები სხვადასხვა ენის (ნიშანთა სისტემის) გამოყენებით იქმნება. ნიშნური საინფორმაციო მოდელი შეიძლება წარმოდგენილი იყოს ტექსტის (მაგალითად, პროგრამები დაპროგრამების ენაზე), ფორმულის (მაგალითად, ნიუტონის მეორე კანონი – F=ma), ცხრილების (მაგალითად, დ. მენდელეევის ელემენტთა პერიოდულობის ცხრილი) და სხვა ფორმით. ზოგჯერ ნიშნური ინფორმაციული მოდელების შექმნის პროცესში რამდენიმე ენას (ნიშანთა სისტემას) ერთდროულად იყენებენ. ასეთი მოდელების მაგალითებია გეოგრაფიული რუკები, გრაფიკები, დიაგრამები. ყველა ამ მოდელში ერთდროულად გამოყენებულია როგორც გრაფიკული ელემენტების, ისე სიმბოლოების ენაც.

კაცობრიობა თავისი არსებობის განმავლობაში ინფორმაციული მოდელების შესაქმნელად სხვადასხვა ხერხსა და ინსტრუმენტს იყენებდა. მაგალითად, თუ პირველი ინფორმაციული მოდელები კლდეებზე ნახატების სახით შეიქმნა, ამჟამად ისინი უკვე თანამედროვე კომპიუტერული ტექნოლოგიების გამოყენებით იგება და შეისწავლება.

ფორმალური ენების გამოყენებით ინფორმაციული მოდელების აგების პროცესს ფორმალიზაცია ჰქვია. ბუნებრივ ენებს აღწერილობითი ინფორმაციული მოდელების შესაქმნელად იყენებენ. მეცნიერების ისტორიაში ცნობილია მრავალრიცხოვანი აღწერილობითი ინფორმაციული მოდელი. მაგალითად, მსოფლიოს ჰელიოცენტრული სისტემა, რომელიც ნ. კოპერნიკმა შეიმუშავა და ასე ფორმულირდება: სამყაროსა და პლანეტების ცენტრი მზეა; დედამიწა ბრუნავს თავისი ღერძისა და მზის გარშემო; ყველა პლანეტის ორბიტა გადის მზის გარშემო.
670

ჰელიოცენტრული სისტემის მიხედვით, დედამიწაც, როგორც საერთო პლანეტა, მზის გარშემო ბრუნავს.

ფორმალური ენების გამოყენებით იქმნება ფორმალური ინფორმაციული (მათემატიკური, ლოგიკური და სხვ.) მოდელები. ფორმალური ენები ყველაზე ფართოდ გავრცელებული და გამოყენებადია მათემატიკაში. მათემატიკური ცნებებისა და ფორმულების გამოყენებით შექმნილ მოდელებს მათემატიკური მოდელები ეწოდება. მათემატიკის ენა ფორამალურ ენათა ერთობლიობას წარმოადგენს. ფორმალური მოდლების კვლევის პროცესში ხშირად ხდება მათი ვიზუალიზაცია. ალგორითმების ვიზუალიზაციისთვის გამოიყენება ბლოკსქემები: სივრცობრივი მიმართებები ობიექტებს შორის – ნახაზები, ელექტრული წრედების მოდელები, ელექტრული სქემები, მოწყობილობათა ლოგიკური მოდელები – ლოგიკური სქემები და ა.შ.

ანიმაციის გამოყენებით ფორმალური ფიზიკური მოდელების ვიზუალიზაციისას შესაძლებელია პროცესის დინამიკის ჩვენება, ფიზიკური სიდიდეების ცვლილებების გრაფიკების აგება და ა.შ. ვიზუალური მოდელები, როგორც წესი, ინტერაქტიულია, ანუ მკვლევარს შეუძლია, პროცესების მიმდინარეობისას ცვალოს საწყისი პირობები და პარამეტრები და დააკვირდეს მოდელების ქცევაში მომხდარ ცვლილებებს.

სხვადასხვა ობიექტისა და სისტემის ინფორმაციული მოდელების კვლევისას კომპიუტერის გამოყენება შესაძლებლობას გვაძლევს, შევისწავლოთ მათი ცვლილება ამა თუ იმ პარამეტრის მნიშვნელობიდან გამომდინარე. კომპიუტერული მოდელირება რთული სისტემების შესწავლის ერთ-ერთი ყველაზე ეფექტური მეთოდია. ხშირად კომპიუტერული მოდელების გამოყენება შედარებით ადვილი და უფრო ხელსაყრელია, რადგან მათი საშუალებით შეიძლება ვაწარმოოთ გამოთვლითი ექსპერიმენტები, მაშინ როცა მათი რეალური სურათი რთულია და შესაძლოა არაპროგნოზირებად შედეგამდე მიგვიყვანოს.

კომპიუტერული (ინგლ. computer model) ანუ რიცხვითი მოდელი (ინგლ. computational model) კომპიუტერული პროგრამაა, რომელიც რაიმე სისტემის აბსტრაქტული მოდელის რეალიზაციას ახდენს. კომპიუტერული მოდელები გამოიყენება კვლევის ობიექტის შესახებ ახალი ინფორმაციის მისაღებად ან სისტემის ქცევის ხასიათის შესასწავლად და მოსალოდნელი შედეგების განჭვრეტისთვის.

კომპიუტერზე მოდელების შემუშავების პროცესი და მათი კვლევა რამდენიმე ეტაპიაგან შედგება:

  1. ამოცანის დასმა – მოდელირების ობიექტის განსაზღვრა; აღწერილობითი ინფორმაციული მოდელის აგება (არსებითი პარამეტრების გამოყოფა);
  2. ფორმალიზაცია, ანუ მათემატიკურ მოდელებზე გადასვლა (ფორმალიზებული მოდელის შექმნა და ფორმულის დაწერა) და კომპიუტერული მოდელის შექმნა (ალგორითმის შექმნა და პროგრამის დაწერა);
  3. კომპიუტერული ექსპერიმენტის დაგეგმვა და ჩატარება;
  4. მიღებული შედეგების ანალიზი, ინტერპრეტაცია და საკვლევი მოდელის კორექტირება.

ზოგიერთი შესაბამისობა ინფორმაციული მოდელების სხვადასხვა სახესა და იმ პროგრამულ საშუალებებს შორის, რომლებიც მათ რეალიზაციას ახდენს

მოდელები პროგრამული საშუალებები
ტექსტები ტექსტური რედაქტორი
ნახატები გრაფიკული რედაქტორი
ცხრილები, გრაფიკები, დიაგრამები ელექტრონული ცხრილები
ალგორითმები (ალგორითმი ამოცანის ამოხსნის დინამიკური მოდელია) პროგრამირების საპროცედურო ენები (ბეისკი, პასკალი და სხვ.)

კომპიუტერული მოდელირება ფართოდ გამოიყენება ისეთი ამოცანების გადაჭრისას, როგორიცაა: ატმოსფეროში დამაბინძურებელი ნივთიერებების გავრცელების ანალიზი; ხმაურის ბარიერების პროექტირება ხმაურის დაბინძურების წინააღმდეგ; სატრანსპორტო ქსელების კონსტრუირება და მოდელირება; ამინდის პროგნოზირება; საფინანსო ბაზრებზე ფასების პროგნოზირება; შენობა-ნაგებობების, კონსტრუქციებისა და დატალების ქცევის ხასიათის შესწავლა მექანიკური დატვირთვების დროს; კონსტრუქციებისა და მექანიზმების მდგრადობის პროგნოზირება სტიქიური მოვლენების დროს; ორგანიზაციების სტრატეგიული კვლევა; ქალაქის განვითარების სცენარების ვარიანტების მოდელირება; წყალდიდობებისა და წყალმოვარდნების პროგნოზირება და დატბორვის ზონების განსაზღვრა.

კომპიუტერული მოდელების საშუალებით გეოგრაფიაში მრავალი საკითხის შესწავლა შეიძლება. მაგალითად, დედამიწის კლიმატური სარტყლებისა. უპირველესად უნდა განიზაღვროს ის ძირითადი ამოცანები, რომელთა ამოხსნაც მოდელების გამოყენებით უნდა მოხდეს. ეს საკითხებია: მოდელის გამოყენებით დედამიწის კლიმატური სარტყლების გავრცელება იმ შემთხვევაში, როცა დედამიწის ზედაპირი ერთგვაროვანია; დედამიწის რეალური ზედაპირის აგება (კონტინენტებითა და ოკეანეებით) და კლიმატური სარტყლებისა და ჰავის ოლქების აღწერა; წარმოსახვითი მოგზაურობა სამხრეთ ტროპიკის გასწვრივ და იმ ქვეყნების კლიმატის აღწერა, რომლებსაც ეს ტროპიკი კვეთს; მსგავსება-განსხვავების დადგენა სამხრეთ ამერიკის, აფრიკისა და ავსტრალიის კლიმატურ სარტყლებს შორის; ზომიერი და ტროპიკული სარტყლების უდაბნოების კლიმატის თავისებურებათა დადგენა; პოლუსებიდან ეკვატორისკენ ბუნებრივი კომპლექსების ცვლილებათა მიზეზის დადგენა.

არსებობს სპეციალური კომპიუტერული პროგრამები, რომელთა საშუალებით შესაძლებელია დედამიწაზე მიმდინარე პროცესებზე დაკვირვება, მათი შესწავლა და პროგნოზირებაც კი. მაგალითად, დედამიწის კლიმატური სარტყლებისა, ლანდშაფტებისა და ა.შ. ჩამოთვლილი საკითხებისა და თემების შესასწავლად შეიძლება გამოყენებულ იქნეს კომპიუტერული პროგრამა: “ტემპერატურისა და ტენიანობის გავლენა დედამიწის ლანდშაფტების ფორმირებაზე”. ამ პროგრამით მუშაობისას შეგვიძლია დავაკვირდეთ, როგორ იცვლება საკვლევი ტერიტორიის ლანდშაფტი გარკვეულ პირობებში. მოსწავლე თავად განსაზღვრავს კონკრეტულ პირობებსა და მათთან დაკავშირებულ კანონზომიერებებს, რომლებიც გავლენას ახდენს ჩვენი პლანეტის ლანდშაფტების ფორმირებაზე.

601

602

სპეციალური კომპიუტერული პროგრამის საშუალებით, მაგალითად, კონტინენტ ავსტრალიის შესწავლისას მოსწავლეები ხედავენ რეალურად რომელი ლანდშაფტებია ავსტარლიაში გავრცელებული, ხოლო ამავე პროგრამაში შესაბამისი პარამეტრების ცვლილებების (განედისთვის დამახასიათებელი ტემპერატურა და ტენიანობა, რელიეფი და დინებათა ხასიათი) შედეგად თვალნათლივ ხედავენ, როგორ იცვლება კონტინენტზე ლანდშაფტების ტიპები.

604

მოცემული რუკა შედგენილია თანამედროვე კომპიუტერული პროგრამების გამოყენებით და ასახავს მდინარე ნატენებზე წყალმოვარდნების პერიოდში დატბორვის შესაძლო ზონების ფართობებს.

კომპიუტერული ტექნოლოგიების გამოყენება ხელს უწყობს გეოგრაფიული ცოდნის პრაქტიკაში გამოყენების უნარ-ჩვევების ფორმირებას და თანამედროვე გეოგრაფიული მეცნიერების ანალიზის ინსტრუმენტირებას, ინფორმაციის განზოგადებასა და სისტემატიზაციას, ასევე პროგნოზირების საწყისი მიდგომების ათვისებას.

გეოგრაფიის მასწავლებელს უნდა ახსოვდეს, რომ მისი პროფესიული მოვალეობაა, მოსწავლეებს გაკვეთილზე შეუქმნას საკუთარი ქვეყნის, მთელი მსოფლიოსა და მისი ცალკეული რეგიონების გეოგრაფიული გამოსახულება, სივრცობრივი მოდელი, რაც, თავის მხრივ, სივრცობრივი აზროვნების ჩამოყალიბებას უწყობს ხელს. გეოგრაფიის გაკვეთილის გარდა, არც ერთ სხვა გაკვეთილზე ამის სწავლა არ შეიძლება.

კომპიუტერული ტექნოლოგიები ააქტიურებს მოსწავლის დამოუკიდებელ, კვლევით, პრაქტიკულ საქმიანობას, რაც, თავის მხრივ, კიდევ ერთხელ ამტკიცებს ცხოვრებისეულ სიბრძნეს: “მითხარი და დამავიწყდება, მანახე და დავიმახსოვრებ, გამაკეთებინე და მეცოდინება”.

კომენტარები

comments