Виды моделей и моделирования

По способу фиксирования информации модели делят на предметные, предметно-схематические и графические (знаковые). По характеру воспроизводимых сторон объекта различают структурные модели (имитируют структуру объекта, его внутреннюю организацию) и функциональные (моделируют протекание процессов).

Предметные модели являются уменьшенными или увеличенными копиями предметов, их физическими конструкциями. Они с точностью воспроизводят важнейшие части предметов, их конструктивные особенности, пропорции и соотношение частей в пространстве.

В начальной школе широко используются макеты форм поверхности, муляжи различных органов растений, животных, человека и т.д. Статические модели дают представление о внешних особенностях природных объектов. Особое значение приобретают действующие предметные модели (например, действующая модель вулкана). Их демонстрация помогает вскрыть существенные особенности объектов, их характер, связи с окружающими условиями. Наряду с демонстрацией моделей учитель широко использует моделирование как активную самостоятельную деятельность учащихся. Из песка, мелкого гравия, бумаги или папье-маше дети моделируют формы поверхности; из глины или пластилина создают модели организмов или их органов; из камешков, раковин, кусочков коры, веточек и другого природного материала могут конструировать различные природные сообщества и т.д.

В предметно-схематических моделях выделенные в объекте познания существенные компоненты и связи между ними обозначаются при помощи предметов-заместителей и графических знаков. Они помогают в большей степени, чем предметные модели, абстрагировать существенные признаки объектов, связи и отношения разной степени сложности. Например, план или карта используются для абстрагирования пространственного расположения объектов на местности; изображения геометрических фигур на карточках – для абстрагирования и замещения формы листьев или кроны деревьев.

Использование схем позволяет младшим школьникам наглядно представить внутреннее строение природных объектов и стадии развития природных процессов; показать последовательность операций и действий при выполнении опытов и практических работ. С помощью аппликаций, рисунков и простейших графических знаков младшие школьники могут моделировать структуру природных систем, связи между условиями окружающей среды и приспособительными особенностями организмов, пищевые цепи и другие отношения в природных сообществах. Например, для усвоения понятия «маскировка» готовится модель в виде панели (листа картона, окрашенного в несколько цветов) и цветные изображения разных геометрических фигур или цветные шаблоны разных животных. Действие с моделью показывает, какое значение имеет форма тела, совпадение или несовпадение окраски с окружающей средой, статика или движение для защиты животных от врагов.

Графические модели (графики, диаграммы, графические схемы и т.д.) наиболее обобщенно передают разные виды отношений между объектами и явлениями природы. В частности, графическое моделирование используется с 1-го класса для фиксации пространственно-временных отношений при наблюдении за ростом и развитием организмов, за сезонными изменениями природы. Содержанием моделей является графическое изображение объекта на разных этапах его преобразования. Изготовленные младшими школьниками серии графических моделей помещаются в календарях наблюдений за природой. Они более доступны для восприятия детьми, чем текстовая информация. Одновременно развивается способность к абстрактному мышлению, так как для заполнения календарей используются не изображения, а значки-символы.

Для младших школьников доступно установление графических зависимостей, отражающих количественные показатели состояния природных тел или процессов изменения, развития. К примеру, можно установить зависимость скорости испарения воды от температуры, частоты пульса от величины нагрузки.

В начальной школе широко используются разработанные в ТРИЗ-педагогике приемы графического моделирования. К примеру, игра ММЧ (моделирование маленькими человечками) позволяет объяснить детям внутреннее строение предметов и веществ, дает возможность изучить основы физического взаимодействия между ними [21].

Сущность игры заключается в представлении о том, что все предметы и вещества состоят из множества разных маленьких человечков. В разных предметах человечки ведут себя по-разному в зависимости от состояния веществ.

Человечки твердого вещества крепко держатся за руки. Чтобы их разъединить, нужно приложить усилие. В жидком веществе человечки стоят рядом, слегка касаясь друг друга. Эта связь непрочная: одних человечков можно легко отделить от других (это можно показать, отлив воды из стакана). Человечки газообразных веществ неусидчивы: они постоянно в движении, любят прыгать, бегать, летать. Они много и независимо друг от друга путешествуют, лишь иногда сталкиваясь друг с другом.

Человечков в стилизованном виде изображают на карточках:

твердые вещества

жидкие вещества

газообразные вещества

С помощью этих карточек учащиеся моделируют различные вещества, предметы и системы предметов; описывают их свойства. Затем задания усложняются: моделируются процессы, происходящие с веществами (изменение агрегатного состояния), и процессы взаимодействия между веществами и телами. Можно усложнять задачи, используя различные цвета символических человечков или вводя дополнительные символы для обозначения характера или условий взаимодействия веществ.

Графическое моделирование развивает такие стороны мышления, как умение прогнозировать, устанавливать общность предметов на генетической основе.

В последнее время в методической литературе появилось понятие «живое моделирование» (Дж. Хассард). Суть живого моделирования заключается в имитации природных процессов, где в качестве «живых моделей» выступают сами дети.

Например, сценка «Круговорот» имитирует биологический круговорот веществ в природе. Одна группа учеников изображает большое дерево. Другая группа – дождь, ручей, донные отложения, грунтовые воды. Остальные изображают траву и животных (плотоядных и травоядных), а также организмы, питающиеся погибшими животными и растениями. Все занимают места вокруг дерева и разными движениями изображают перемещение веществ в круговороте. «Живое моделирование» может сопровождаться чтением стихов, составлением рассказа и т.п. Обсуждается, что произойдет с деревом, если вода или воздух окажутся загрязненными. Детям предлагается нарисовать большую картину, изображающую взаимосвязи в круговороте цветными стрелками, показывающими движение веществ. Дается дополнительное задание – отразить на картине экологические проблемы – загрязнение воды, воздуха и почвы.