Математические модели в образовании

Современная педагогика носит гуманистический характер, но он не в полной мере может обеспечить точность характеристик образовательного процесса, поэтому без математических методов в педагогике невозможно обойтись. Применение математических методов к элементам процесса обучения придает педагогической науке основательность и строгость, которая ей так необходима. Поэтому в педагогике необходимо

объединить математические методы с современными гуманитарно-ориентированными педагогическими методиками и технологиями.

Математические модели позволяют точно фиксировать структурные изменения любой системы и отражать их в количественной форме, поэтому они, активно используются в научной и практической деятельности людей. Процесс познания связан с моделированием: в основе обучения лежит построение образа изучаемого объекта в психике учащегося, фиксирующего его основные свойства и отношения. Данное фиксирование удобнее выполнять в математической форме, используя структурные или функциональные модели. Именно поэтому математические модели необходимы для анализа эффективности функционирования образовательных систем, прогнозирования и проектирования их развития.

Математическое моделирование занимает особое место среди различных математических методов, так как оно позволяет точно фиксировать структурные изменения любой системы и отражать их в количественной форме.

На актуальность проблемы применения математических методов в педагогической науке указывали многие учёные, такие как: В.И. Загвязинский, Л.Б. Ительсон, В.В. Краевский и др.

Примеры различных математических моделей можно найти в работах педагогов: В.М. Блинова, В.И. Загвязинского, Л.Б. Ительсона и др.

Объект исследования: современное образование.

Предмет исследования: математические модели в образовательном процессе.

Цель исследования: обосновать систему использования математических моделей в педагогике.

Понятие математической модели

Говоря о математическом моделировании в педагогике, мы понимаем метод количественного и структурного исследования и описания свойств и закономерностей педагогических явлений и процессов с помощью математических моделей.

Математическая модель - это совокупность записанных на языке математики соотношений (формул, неравенств, уравнений, логических соотношений), определяющих характеристики состояния объекта в зависимости от его элементов, свойств, параметров, внешних воздействий.

Классификация математических моделей

Взяв за основу классификации, используемые экономикой и психологией, получаем следующие классификации моделей, применяемых в педагогических исследованиях:

1. В соответствии с общей классификацией математических моделей:

1) структурные (неметрические);

2) функциональные (метрические);

3) структурно-функциональные (смешанные).

2. По целевому назначению:

1) теоретико-аналитические (общенаучные);

2) прикладные (специальные).

3. По степени идеализации:

1) дескриптивные;

2) нормативные.

Функции математических моделей

В образовательном процессе математические модели способны выполнять разнообразные функции: описательную, управленческую, исследовательскую, интерпретационную, прогностическую и др.

1. Описательная функция рассматривает педагогический объект в виде математической модели для того, чтобы выделить в нем свойства и отношения, составляющие его главное содержание. Математическое моделирование педагогического объекта помогает понять, как устроен педагогический объект, его структуру, свойства, законы развития и взаимодействия с окружающим миром.

2. Управленческая функция показывает, что заключенные в математических моделях закономерности процесса обучения могут помочь педагогу принять научно обоснованные решения по его совершенствованию.

3. Согласно исследовательской функции математические модели выступают в роли предмета или средства исследования. Эта роль хорошо видна при постановке педагогического эксперимента. В повседневной профессиональной деятельности такие модели помогают правильно распределить время для разных этапов урока, оценить сложность учебного материала.

4. Интерпретационная функция (объяснение, обобщение и исчерпывающее описание). Данная математическая модель может не только объяснить, но и позволяет описать множество частных случаев, которые могут быть выведены из нее логически и не требуют специального описания. Функция обобщения большого числа данных представляет наибольшую ценность на заключительных этапах педагогического исследования, когда жизнеспособность математической модели уже доказана многочисленными педагогическими экспериментами.

5. Прогностическая функция позволяет планировать педагогическую деятельность, строить перспективы развития педагогической системы с учетом условий, для которых построена математическая модель. В этой модели используются статистические критерии и различные методы прогнозирования.

Анализ работ по истории математического моделирования и по отдельным направлениям применения методов математического моделирования в педагогике позволил выявить основные области использования методов математического моделирования для формализации элементов образовательного процесса.

Таблица 1. Области применения методов математического моделирования в педагогике

Обобщенный алгоритм применения методов математического моделирования в обучении включает следующие этапы:

1) построение модели элементов образовательного процесса;

2) экспериментирование с моделью;

3) интерпретация полученных результатов на языке дидактики и установление соответствия вывода о свойствах модели высказыванию, о свойствах объекта.