Главная / Информатика / Учебно методическая карта урока "Этапы моделирования"

Учебно методическая карта урока "Этапы моделирования"

Учебно- методическая карта урока


Предмет: Информатика

Тема урока: Формализация.      Этапы моделирования.

Время: 90 минут

Тип урока: Изучение нового материала и первичного закрепления знаний.

Вид урока: Урок-беседа с элементами диалога.

Методы обучения: информационный (словесный); наглядный;
иллюстративный; репродуктивный.

Цели:

Обучения – добиться усвоения студентами основного понятия
«формализация», этапы моделирования
(постановка задачи,
разработка модели, компьютерный эксперимент, анализ
результатов моделирования).


Воспитания- восприятие компьютера как инструмента обработки
информационных объектов.

Развития – развивать у студентов умений моделировать с соблюдением всех
этапов; применение теоретических знаний на практике;

Межпредметные связи:

Обеспечивающие- математика, физика, химия.

Обеспечиваемые- химия, физика, математика.

Наглядные пособия: Схема «Этапы моделирования»

Раздаточный материал: Тест «Модель и моделирование».

Технические средства обучения: ПК, программа Excel, проектор,
интерактивная доска.

Использованная литература: Н.Угринович “Информатика и информационные технологии”, Москва, Бином, Лаборатория знаний, 2003;













  1. Организационный момент:

  1. Отчет дежурного.

  2. Подготовка студентов к занятию.

2. Актуализация опорных знаний:

1. Тест «Модель и моделирование»

  1. Формирование новых знаний:

  1. Формализация.

  2. Этапы моделирования

  • Постановка задачи

  • Разработка модели

  • Компьютерный эксперимент

  • Анализ результатов моделирования.

3. Формирование умений и навыков:

1)     Какие могут быть цели моделирования?

2)     Что такое анализ объекта?

3)     Какую информацию можно собрать об объекте “пара обуви”? Какая информация нужна, чтобы дать ответ, поместится ли эта пара в коробку с заданными размерами?

4)     Что нужно знать о подростке, чтобы дать ему рекомендации о выборе профессии?

5)     Назовите инструменты компьютерного моделирования.

6)     Что такое компьютерная модель?

7)     Что такое компьютерный эксперимент?

8)     В чем заключается анализ результатов моделирования?

4. Подведение итогов урока:

Формализация – это процесс выделения и перевода внутренней структуры предмета, явления или процесса в определенную информационную структуру – форму.

Под задачей понимается некая проблема, которую надо решить. На этапе постановки задачи необходимо отразить три основных момента: описание задачи, определение целей моделирования и анализ объекта или процесса.

На втором этапе выясняются свойства, состояния, действия и другие характеристики элементарных объектов в любой форме: устно, в виде схем, таблиц. Формируется представление об элементарных объектах, составляющих исходный объект, т. е. информационная модель.

С развитием вычислительной техники появился новый уникальный метод исследования – компьютерный эксперимент. Компьютерный эксперимент включает последовательность работы с моделью, совокупность целенаправленных действий пользователя над компьютерной моделью.

Конечная цель моделирования — принятие решения, которое должно быть выработано на основе всестороннего анализа полученных результатов. Этот этап решающий — либо вы продолжаете исследование, либо заканчиваете.

Домашнее задание:

1)     Выучить конспект

2) Повторить теорему Пифагора, формулы боковой поверхности призмы.

Н.Угринович “Информатика и информационные технологии”, Москва, Бином, Лаборатория знаний, 2003;



1.Организационный момент.

Урок начинается с приветствия студентов, после проверки явки студентов и наличие белых халатов, преподавателем организуется внимание студентов, объявляется тема урока и записывается на доске: «Формализация. Этапы моделирования».

Ход урока

2. Актуализация опорных знаний.

Тестирование. «Тест. Модель и моделирование»

1.    Модель - это

а) визуальный объект;

б) свойство процесса или явления;

в) упрощенное представление о реальном объекте, процессе или явлении;

г) материальный объект.

 2.    Моделирование, при котором реальному объекту противопоставляется его увеличенная или уменьшенная копия, называется

а) идеальным;

б) формальным;

в) материальным;

г) математическим.

 3.    Моделирование, при котором исследование объекта осуществляется посредством модели, сформированной на языке математики, называется - это

а) арифметическим;

б) аналоговым;

в) математическим;

г) знаковым.

 4.    Моделирование, основанное на мысленной аналогии, называется

а) мысленным;

б) идеальным;

в) знаковым;

г) физическим.

 5.    Какая из моделей не является знаковой?

а) схема;

б) музыкальная тема;

в) график;

г) рисунок.

 6.    Резиновая детская игрушка - это

а) знаковая модель;

б) вербальная модель;

в) материальная модель;

г) компьютерная.

 7.    Динамическая модель - это

а) одномоментный срез по объекту;

б) изменение объекта во времени;

в) интегральная схема;

г) детская игрушка.

 8.    Компьютерная модель - это

а) информационная модель, выраженная специальными знаками;

б) комбинация 0 и 1;

в) модель, реализованная средствами программной среды;

г) физическая модель.

 9.    Вербальная модель - это

а) компьютерная модель;

б) информационная модель в мысленной или разговорной форме;

в) информационная модель, выраженная специальными знаками;

г) материальная модель.

 10.           Что является моделью объекта яблоко?

а) муляж;

б) фрукт;

в) варенье;

г) компот.



3. Формирование новых знаний.

Прежде чем построить модель объекта (явления, процесса), необходимо выделить составляющие его элементы и связи между ними (провести системный анализ) и «перевести» (отобразить) полученную структуру в какую-либо заранее определенную форму – формализовать информацию.

Формализация – это процесс выделения и перевода внутренней структуры предмета, явления или процесса в определенную информационную структуру – форму.

Моделирование любой системы невозможно без предварительной формализации. По сути, формализация – это первый и очень важный этап процесса моделирования. Модели отражают самое существенное в изучаемых объектах, процессах и явлениях, исходя из поставленной цели моделирования. В этом главная особенность и главное назначение моделей.

Например, из курса географии вы знаете, что силу подземных толчков принято измерять по десятибалльной шкале. По сути, мы имеем дело с простейшей моделью оценки силы этого природного явления. Действительно, отношение «сильнее», действующее в реальном мире, здесь формально заменено на отношение «больше», имеющее смысл во множестве натуральных чисел: слабейшему подземному толчку соответствует число 1, сильнейшему – 10. Полученное упорядоченное множество из 10 чисел – это модель, дающая представление о силе подземных толчков.

Этапы моделирования


Прежде чем браться за какую-либо работу, нужно четко представить себе отправной и каждый пункт деятельности, а также примерные ее этапы. То же самое можно сказать и о моделировании. Отправной пункт здесь - прототип. Им может быть существующий или проектируемый объект или процесс. Конечный этап моделирования - принятие решения на основании знаний об объекте.

Цепочка выглядит следующим образом.

http://www.gmcit.murmansk.ru/images/science/base/simulation/material_84.gif

Поясним это на примерах.

Примером моделирования при создании новых технических средств может служить история развития космической техники. Для реализации космического полета надо было решить две проблемы: преодолеть земное притяжение и обеспечить продвижение в безвоздушном пространстве. О возможности преодоления притяжения Земли говорил еще Ньютон в XVII веке. К. Э. Циолковский предложил для передвижения в пространстве создать реактивный двигатель, где используется топливо из смеси жидкого кислорода и водорода, выделяющих при сгорании значительную энергию. Он составил довольно точную описательную модель будущего межпланетного корабля с чертежами, расчетами и обоснованиями.

Не прошло и полувека, как описательная модель К. Э. Циолковского стала основой для реального моделирования в конструкторском бюро под руководством С. П. Королева. В натурных экспериментах испытывались различные виды жидкого топлива, форма ракеты, система управления полетом и жизнеобеспечения космонавтов, приборы для научных исследований и т. п. Результатом разностороннего моделирования стали мощные ракеты, которые вывели на околоземное пространство искусственные спутники земли, корабли с космонавтами на борту и космические станции.

Рассмотрим другой пример. Известный химик XVIII века Антуан Лавуазье, изучая процесс горения, производил многочисленные опыты. Он моделировал процессы горения с различными веществами, которые нагревал и взвешивал до и после опыта. При этом выяснилось, что некоторые вещества после нагревания становятся тяжелее. Лавуазье предположил, что к этим веществам в процессе нагревания что-то добавляется. Так моделирование и последующий анализ результатов привели к определению нового вещества — кислорода, к обобщению понятия «горение», дали объяснение многим известным явлениям и открыли новые горизонты для исследований в других областях науки, в частности в биологии, т. к. кислород оказался одним из основных компонентов дыхания и энергообмена животных и растений.

Моделирование — творческий процесс. Заключить его в формальные рамки очень трудно. В наиболее общем виде его можно представить поэтапно, как изображено на рис. 1.

 

http://www.gmcit.murmansk.ru/images/science/base/simulation/material_85.gif

Рис. 1. Этапы моделирования.


Каждый раз при решении конкретной задачи такая схема может подвергаться некоторым изменениям: какой-то блок будет убран или усовершенствован, какой-то — добавлен. Все этапы определяются поставленной задачей и целями моделирования. Рассмотрим основные этапы моделирования подробнее.


1 ЭТАП. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ.

Под задачей понимается некая проблема, которую надо решить. На этапе постановки задачи необходимо отразить три основных момента: описание задачи, определение целей моделирования и анализ объекта или процесса.

Описание задачи

Задача формулируется на обычном языке, и описание должно быть понятным. Главное здесь — определить объект моделирования и понять, что собой должен представлять результат.

Цель моделирования

1) познание окружающего мира

Зачем человек создает модели? Чтобы ответить на этот вопрос, надо заглянуть в далекое прошлое. Несколько миллионов лет назад, на заре человечества, первобытные люди изучали окружающую природу, чтобы научиться противостоять природным стихиям, пользоваться природными благами, просто выживать.

Накопленные знания передавались из поколения в поколение устно, позже письменно и наконец с помощью предметных моделей. Так родилась, к примеру, модель Земного шара — глобус — позволяющая получить наглядное представление о форме нашей планеты, ее вращении вокруг собственной оси и расположении материков. Такие модели позволяют понять, как устроен конкретный объект, узнать его основные свойства, установить законы его развития и взаимодействия с окружающим миром моделей.

2) создание объектов с заданными свойствами (определяется постановкой задачи «как сделать, чтобы...».

Накопив достаточно знаний, человек задал себе вопрос: «Нельзя ли создать объект с заданными свойствами и возможностями, чтобы противодействовать стихиям или ставить себе на службу природные явления?» Человек стал строить модели еще не существующих объектов. Так родились идеи создания ветряных мельниц, различных механизмов, даже обыкновенного зонтика. Многие из этих моделей стали в настоящее время реальностью. Это объекты, созданные руками человека.

3) определение последствий воздействия на объект и принятие правильного решения. Цель моделирования задач типа «что будет, если...». (что будет, если увеличить плату за проезд в транспорте, или что произойдет, если закопать ядерные отходы в такой-то местности?)

Например, для спасения города на Неве от постоянных наводнений, приносящих огромный ущерб, решено было возвести дамбу. При ее проектировании было построено множество моделей, в том числе и натурных, именно для того, чтобы предсказать последствия вмешательства в природу.

4) эффективность управления объектом (или процессом).

Поскольку критерии управления бывают весьма противоречивыми, то эффективным оно окажется только при условии, если будут «и волки сыты и овцы целы».

Например, нужно наладить питание в школьной столовой. С одной стороны, оно должно отвечать возрастным требованиям (калорийное, содержащее витамины и минеральные соли), с другой — нравиться большинству ребят и к тому же быть «по карману» родителям, а с третьей — технология приготовления должна соответствовать возможностям школьных столовых. Как совместить несовместимое? Построение модели поможет найти приемлемое решение.

Анализ объекта

На этом этапе четко выделяют моделируемый объект и его основные свойства, из чего он состоит, какие существуют связи между ними.

Простой пример подчиненных связей объектов — разбор предложения. Сначала выделяются главные члены (подлежащее, сказуемое), затем второстепенные члены, относящиеся к главным, затем слова, относящиеся к второстепенным, и т. д.

 


II ЭТАП. РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ

1. Информационная модель

На этом этапе выясняются свойства, состояния, действия и другие характеристики элементарных объектов в любой форме: устно, в виде схем, таблиц. Формируется представление об элементарных объектах, составляющих исходный объект, т. е. информационная модель.

Модели должны отражать наиболее существенные признаки, свойства, состояния и отношения объектов предметного мира. Именно они дают полную информацию об объекте.

Представьте себе, что нужно отгадать загадку. Вам предлагают перечень свойств реального предмета: круглое, зеленое, глянцевое, прохладное, полосатое, звонкое, зрелое, ароматное, сладкое, сочное, тяжелое, крупное, с сухим хвостиком...

Список можно продолжать, но вы, наверное, уже догадались, что речь идет об арбузе. Информация о нем дана самая разнообразная: и цвет, и запах, и вкус, и даже звук... Очевидно, ее гораздо больше, чем требуется для решения этой задачи. Попробуйте выбрать из всех перечисленных признаков и свойств минимум, позволяющий безошибочно определить объект. В русском фольклоре давно найдено решение: «Сам алый, сахарный, кафтан зеленый, бархатный».

Если бы информация предназначалась художнику для написания натюрморта, можно было ограничиться следующими свойствами объекта: круглый, большой, зеленый, полосатый. Чтобы вызвать аппетит у сладкоежки выбрали бы другие свойства: зрелый, сочный, ароматный, сладкий. Для человека, выбирающего арбуз на бахче, можно было бы предложить следующую модель: крупный, звонкий, с сухим хвостиком.

Этот пример показывает, что информации не обязательно должно быть много. Важно, чтобы она была «по существу вопроса», т. е. соответствовала цели, для которой используется.

Например, в школе учащиеся знакомятся с информационной моделью кровообращения. Этой информации достаточно для школьника, но мало для тех, кто проводит операции на сосудах в больницах.

Информационные модели играют очень важную роль в жизни человека. Знания, полученные вами, имеют вид информационной модели, предназначенной для целей изучения предметов и явлений.

 Уроки истории дают возможность построить модель развития общества, а знание ее позволяет строить собственную жизнь, либо повторяя ошибки предков, либо учитывая их.

На уроках географии вам сообщают информацию о географических объектах: горах, реках, странах и пр. Это тоже информационные модели. Многое, о чем рассказывается на занятиях по географии, вы никогда не увидите в реальности.

На уроках химии информация о свойствах разных веществ и о законах их взаимодействия подкрепляется опытами, которые есть не что иное, как реальные модели химических процессов.

Информационная модель никогда не характеризует объект полностью. Для одного и того же объекта можно построить различные информационные модели.

Выберем для моделирования такой объект, как «человек». Человека можно рассмотреть с различных точек зрения: как отдельного индивидуума и как человека вообще.

Если иметь в виду конкретного человека, то можно построить модели, которые представлены в табл. 1—3. Предложить студентам дать название информационным моделям, представленных в таблицах (таблица на интерактивной доске).

 

Таблица 1. Информационная модель ученика

Фамилия, имя

Дата рождения

Школа

Класс

Средний балл

Иванов Павел

15.06.84

586

7

4,6

Таблица 2. Информационная модель посетителя школьного медкабинета

Фамилия, имя

Полных лет

Рост

Вес

Прививки

Хронические заболевания

Петрова Юлия

14

164

46

Реакция Манту 5.09.98

Сколиоз

Таблица 3. Информационная модель работника предприятия

 

 

Дата рождения

Адрес

Подразделение

Должность

Оклад

Сидоров С. А.

11.10.68

Б. Морская, 36—192

Отдел

Снабжения

Менеджер

1350 р.

 

Рассмотрим и другие примеры различных информационных моделей для одного и того же объекта.

Многочисленные свидетели преступления сообщили разнообразную информацию о предполагаемом злоумышленнике — это их информационные модели. Представителю милиции следует выбрать из потока сведений наиболее существенные, которые помогут найти преступника и задержать его. У представителя закона может сложиться не одна информационная модель бандита. От того, насколько правильно будут выбраны существенные черты и отброшены второстепенные, зависит успех дела.

Выбор наиболее существенной информации при создании информационной модели и ее сложность обусловлены целью моделирования.

Построение информационной модели является отправным пунктом этапа разработки модели. Все входные параметры объектов, выделенные при анализе, располагают в порядке убывания значимости и проводят упрощение модели в соответствии с целью моделирования.

2. Знаковая модель

Прежде чем приступить к процессу моделирования, человек делает предварительные наброски чертежей либо схем на бумаге, выводит расчетные формулы, т. е. составляет информационную модель в той или иной знаковой форме, которая может быть либо компьютерной, либо некомпьютерной.

3. Компьютерная модель

Компьютерная модель – это модель, реализованная средствами программной среды.

Существует множество программных комплексов, которые позволяют проводить исследование (моделирование) информационных моделей. Каждая программная среда имеет свой инструментарий и позволяет работать с определенными видами информационных объектов.

Человек уже знает, какова будет модель, и использует компьютер для придания ей знаковой формы. Например, для построения геометрических моделей, схем используются графические среды, для словесных или табличных описаний — среда текстового редактора.

 

III ЭТАП. КОМПЬЮТЕРНЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ

 

Чтобы дать жизнь новым конструкторским разработкам, внедрить новые технические решения в производство или проверить новые идеи, нужен эксперимент. В недалеком прошлом такой эксперимент можно было провести либо в лабораторных условиях на специально создаваемых для него установках, либо на натуре, т. е. на настоящем образце изделия, подвергая его всяческим испытаниям

С развитием вычислительной техники появился новый уникальный метод исследования – компьютерный эксперимент. Компьютерный эксперимент включает последовательность работы с моделью, совокупность целенаправленных действий пользователя над компьютерной моделью.

 

IV ЭТАП. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ

Конечная цель моделирования — принятие решения, которое должно быть выработано на основе всестороннего анализа полученных результатов. Этот этап решающий — либо вы продолжаете исследование, либо заканчиваете. Возможно, вам известен ожидаемый результат, тогда необходимо сравнить полученный и ожидаемый результаты. В случае совпадения вы сможете принять решение.

Основой для выработки решения служат результаты тестирования и экспериментов. Если результаты не соответствуют целям поставленной задачи, значит, допущены ошибки на предыдущих этапах. Это может быть слишком упрощенное построение информационной модели, либо неудачный выбор метода или среды моделирования, либо нарушение технологических приемов при построении модели. Если такие ошибки выявлены, то требуется корректировка модели, т. е. возврат к одному из предыдущих этапов. Процесс повторяется до тех пор, пока результаты эксперимента не будут отвечать целям моделирования.

Главное, надо всегда помнить: выявленная ошибка — тоже результат. Как говорит народная мудрость, на ошибках учатся. Об этом писал и великий русский поэт А. С. Пушкин:

О сколько нам открытий чудных

Готовит просвещенья дух,

И опыт, сын ошибок трудных,

И гений, парадоксов друг,

И случай, бог изобретатель.


4.Формирование умений и навыков.


  1)     Этапы моделирования?

2)     Какие могут быть цели моделирования?

3)     Что такое анализ объекта?

4)     Какую информацию можно собрать об объекте “пара обуви”? Какая информация нужна, чтобы дать ответ, поместится ли эта пара в коробку с заданными размерами?

5)     Что нужно знать о подростке, чтобы дать ему рекомендации о выборе профессии?

6)     Назовите инструменты компьютерного моделирования.

7)     Что такое компьютерная модель?

8)     Что такое компьютерный эксперимент?

9)     В чем заключается анализ результатов моделирования?

10. Агафья Тихоновна (персонаж пьесы Н.В. Гоголя "Женитьба"), решая жизненную задачу выбора жениха, строит такую модель: "Если бы губы Никанора Ивановича да приставить к носу Ивана Кузьмича, да взять сколько-нибудь развязности, какая у Балтазар Балтазарыча, да, пожалуй, прибавить к этому еще дородности Ивана Павловича - я бы тогда тотчас же и решилась".

Объясните, почему эта модель не может помочь в решении указанной задачи.

 

Домашнее задание:

  1.      Выучить конспект

2) Повторить теорему Пифагора, формулы боковой поверхности призмы.


Н.Угринович “Информатика и информационные технологии”, Москва, Бином, Лаборатория знаний, 2003;


Учебно методическая карта урока "Этапы моделирования"
  • Информатика
Описание:

Формализация – это процесс выделения и перевода внутренней структуры предмета, явления или процесса в определенную информационную структуру –  форму.

Под задачей понимается некая про­блема, которую надо решить. На этапе постановки задачи необходимо отразить три основных момента: описание задачи, определение целей моделирования и анализ объекта или процесса.

На втором этапе выясняются свойства, состояния, действия и другие характеристики элементарных объектов в любой форме: устно, в виде схем, таблиц. Формируется представление об элементарных объектах, составляющих исходный объект, т. е. информационная модель.

С развитием вычислительной техники появился новый уникальный метод исследования – компьютерный эксперимент. Компьютерный эксперимент включает последовательность работы с моделью, совокупность целенаправленных действий пользователя над компьютерной моделью.

 

Конечная цель моделирования — принятие решения, которое должно быть выработано на основе всестороннего анализа полученных резуль­татов. Этот этап решающий — либо вы продолжаете исследование, либо заканчиваете. 

Автор Шамгунова Гульнара Наилевна
Дата добавления 06.01.2015
Раздел Информатика
Подраздел
Просмотров 681
Номер материала 37040
Скачать свидетельство о публикации

Оставьте свой комментарий:

Введите символы, которые изображены на картинке:

Получить новый код
* Обязательные для заполнения.


Комментарии:

↓ Показать еще коментарии ↓