Этапы компьютерного моделирования

• 1 слайд

  Этапы компьютерного моделирования
  Автор – Богачёва Г.В.,
  Учитель информатики
  144 лицей Санкт-Петербурга
  Презентация по теме «Моделирование»
  к учебнику Н.В. Макаровой, 9 класс
  

• 2 слайд

  I этап. Постановка задачи
  Описание задачи
  Цель моделирования
  Анализ объекта
  

• 3 слайд

  Описание задачи
  Задача формулируется на обычном языке;
  Если завтра утром группа выйдет из туристического лагеря в 10 часов утра, ребята успеют на 12-часовую электричку?
  Определяется объект моделирования;
  Представляется конечный результат.
  По характеру постановки задачи можно разделить на две основные группы:
  «Что будет, если?» (исследовать изменение характеристик объекта при воздействии на него)
  Как изменится скорость автомобиля через 6 сек, если он движется прямолинейно и равноускоренно с начальной скоростью 3 м/с и ускорением 0,5 м/с2?
  «Как сделать, чтобы?» (какое произвести воздействие, чтобы параметры объекта удовлетворяли заданному условию?)
  Какого объёма должен быть воздушный шар, наполненный газом гелием, чтобы он мог подняться с грузом 100 кг?
  

• 4 слайд

  Определение целей моделирования
  Цели определяются в соответствии с поставленной задачей;
  Поставленные цели оказывают направляющее влияние на весь процесс моделирования.
  

• 5 слайд

  Например, рассмотрим модель самолета:
  для кассира по продажам авиабилетов существенными признаками будут расположение рядов кресел, количество кресел в ряду, стоимость билета для каждого места, наличие свободных мест;
  для авиадиспетчера существенные признаки – скорость и высота самолета, направление и вид движения, взаиморасположение с другими самолетами, находящимися в контролируемом районе;
  для технолога цеха, где происходит сборка самолета существенные признаки – наименование и количество деталей, порядок и способ их соединения, необходимое оборудование для обеспечения заданной надежности соединений, и прочее.
  

• 6 слайд

  Анализ объекта
  Чётко выделяются моделируемый объект и его основные свойства. Результат анализа объекта появляется в процессе выявления его составляющих (элементарных объектов) и определения связей между ними.
  

• 7 слайд

  Хорошо поставленная задача:
  описаны все связи между исходными данными и результатом
  известны все исходные данные
  решение существует
  задача имеет единственное решение
  Примеры плохо поставленных задач:
  Винни Пух и Пятачок построили ловушку для слонопотама. Удастся ли его поймать?
  Малыш и Карлсон решили по–братски разделить два орешка – большой и маленький. Как это сделать?
  Найти максимальное значение функции y = x2 (нет решений).
  Найти функцию, которая проходит через точки (0,1) и (1,0) (неединственное решение).
  
  

• 8 слайд

  II этап. Разработка модели
  Информационная модель
  Знаковая модель
  Компьютерная модель
  

• 9 слайд

  Разработка информационной
  модели
  Выделяются объекты моделирования и дается их развернутое содержательное описание (природа объектов, их зависимости, связи, свойства, характеристики);
  Учитываются только существенные свойства в зависимости от выбранной цели;
  
  

• 10 слайд

  Задача «Движение автомобиля»
  Что моделируется?       
  - Процесс движения объекта «автомобиль»
  Вид движения   
  - Равноускоренное
  Что известно о движении?
  - Начальная скорость (v0), ускорение (а), максимальная развиваемая автомобилем скорость (vmax)
  Что надо найти?
  - Скорость (vj) в заданные моменты времени (ti)
  Как задаются моменты времени?
  - От нуля через равные интервалы (t2-t1)
  Это ограничивает расчеты?     
  - vi < vmax
  Такие характеристики объекта, как цвет, тип кузова, год выпуска и общий пробег, степень изношенности шин и многие другие, в данной постановке учитывать не будем.
  

• 11 слайд

  В результате выстраивается описательная информационная модель, т.е. вербальная;
  Формализация модели. Переход от описательной модели к конкретному математическому наполнению. Указывается перечень параметров, которые влияют на поведение объекта – исходные данные, и которые желательно получить – результат. Формализуются зависимости между выделенными параметрами, накладываются ограничения на их допустимые значения. Результат – математическая модель.
  

• 12 слайд

  Движение автомобиля. Информационная модель 
  

• 13 слайд

  Математическая модель к задаче «Движение автомобиля»
  

• 14 слайд

  Разработка компьютерной модели
  Формализованная модель преобразуется в компьютерную с помощью множества программных комплексов и сред (графические среды, текстовые редакторы, среды программирования, электронные таблицы и пр.);
  От выбора программной среды зависит алгоритм построения компьютерной модели и форма его представления.
  
  

• 15 слайд

  III этап. Компьютерный эксперимент
  План моделирования – должен чётко отражать последовательность работы с моделью
  Технология моделирования
  

• 16 слайд

  План моделирования (последовательность работы с моделью)
  Так как модель может содержать ошибки, то первым пунктом в плане моделирования всегда разработка теста, а затем – тестирование модели. В программировании это трансляция и отладка программы;
  Можно использовать тестовый набор исходных данных, для которых конечный результат заранее известен;
  
  

• 17 слайд

  Тестирование - это проверка модели на простых исходных данных с известным результатом.
  Примеры:
  устройство для сложения многозначных чисел – проверка на однозначных числах
  модель движения корабля – если руль стоит ровно, курс не должен меняться; если руль повернуть влево, корабль должен идти вправо
  модель накопления денег в банке – при ставке 0% сумма не должна изменяться.
  
  

• 18 слайд

  Технология моделирования
  (исследование модели)
  Исследование заключается в проведении серии экспериментов, удовлетворяющих целям моделирования.
  Эксперимент – это опыт, который производится с объектом или моделью.
  Он заключается в выполнении некоторых действий, чтобы определить, как реагирует экспериментальный образец на эти действия.
  Эксперимент сопровождается осмыслением итогов. Это служит основой для анализа результатов принятия решений.
  

• 19 слайд

  Примеры:
  
  устройство для сложения чисел – работа с многозначными числами
  модель движения корабля – исследование в условиях морского волнения
  модель накопления денег в банке – расчеты при ненулевой ставке
  

• 20 слайд

  IV этап. Анализ результатов моделирования
  Нужно ответить на вопрос: «Продолжать исследование, либо заканчивать?»
  Если результаты не соответствуют целям поставленной задачи, значит на предыдущих этапах были допущены ошибки (неправильно отобранные свойства объекта, ошибки в формулах на этапе формализации, неудачный метод или среда моделирования, нарушение технологических приемов при построении модели).
  Если 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.
  

• 21 слайд

  Источники:
  Макарова Н.В. Информатика 9 – Санкт-Петербург: Питер, 2007.
  Макарова Н.В. Информатика 7-9 Задачник по моделированию – Санкт-Петербург: Питер, 2007.
  Шелепаева А.Х. Поурочные разработки по информатике. – М.:ВАКО, 2007
  Филиппова Е.В. Этапы компьютерного моделирования, –
  Поляков К.Ю. Модели и моделирование, – http://kpolyakov.narod.ru/index.htm
  Конспект урока «Этапы компьютерного моделирования» –http://ivan101.narod.ru/gos/pril/18etapy-postr-modeley.htm
  Пособие «Моделирование», – http://umk-model.narod.ru/p6.html