Инфоурок / Информатика / Конспекты / Моделирование
Обращаем Ваше внимание: Министерство образования и науки рекомендует в 2017/2018 учебном году включать в программы воспитания и социализации образовательные события, приуроченные к году экологии (2017 год объявлен годом экологии и особо охраняемых природных территорий в Российской Федерации).

Учителям 1-11 классов и воспитателям дошкольных ОУ вместе с ребятами рекомендуем принять участие в международном конкурсе «Законы экологии», приуроченном к году экологии. Участники конкурса проверят свои знания правил поведения на природе, узнают интересные факты о животных и растениях, занесённых в Красную книгу России. Все ученики будут награждены красочными наградными материалами, а учителя получат бесплатные свидетельства о подготовке участников и призёров международного конкурса.

ПРИЁМ ЗАЯВОК ТОЛЬКО ДО 21 ОКТЯБРЯ!

Конкурс "Законы экологии"

Моделирование

библиотека
материалов


Урок 1. Модели объектов и процессов.

Классификация моделей.

Информационные модели.


Цели: сформировать у студентов понятие моделирования как метода познания; рассмотреть различные классификации моделей; сформировать у учащихся понятие «информационная модель»; научить учащихся описывать информационные модели.

Требования к знаниям и умениям:

Студенты должны знать:

  • Основные понятия «модель», «моделирование», «система», «системный анализ», «подсистема», «надсистема», «систематизация», «информационная модель»;

  • Виды моделей, и их классификацию;

  • Какие связи существуют между элементами системы.

Студенты должны уметь:

  • Проводить примеры различных моделей;

  • Классифицировать модели по различным признакам;

  • Систематизировать объекты;

  • Осуществлять системный анализ.

Программно – дидактическое обеспечение урока: схемы, плакаты.


Ход урока


I. Постановка целей урока

  1. Электромобиль на стенде выставки, телевизионная красавица, рекламирующая различные товары, макет здания, детская мягкая игрушка, математическая формула, теория развития общества – это все модели. Как же получается назвать такие разные понятия одним словом?

  2. Существует огромное количество моделей. Как разложить их «по полочкам»? Как классифицировать?

  3. Наиболее плотно отразить существенные свойства объекта можно с помощью информационной модели. Как ее построить?

  4. какова степень необходимости использовать формализацию при описании информационных моделей?

II. Изложение нового материала

1. Введение понятия «модель»

В своей деятельность человек очень часто использует модели, то есть создает образ того объекта, явления или процесса, с которым ему предстоит иметь дело.

Модель – это некий новый упрощенный объект, который отражает существенные особенности реального объекта, процесса или явления.

Анализ модели и наблюдение за ней позволяет познать суть реально существующего, более сложного объекта, процесса, явления, называемого прототипом или оригиналом.

У вас может возникнуть вопрос: почему бы не исследовать сам оригинал, а не строить его модель?

Назовем несколько причин, по которым прибегают к построению моделей.

Пояснение: попросите детей привести примеры указанных оригиналов.

  1. В реальном времени оригинал может уже не существовать или его нет в действительности.

Пример: теория вымирания динозавров, теория гибели Атлантиды, модель «ядерной зимы»…

  1. оригинал может иметь много свойств и взаимосвязей. Чтобы глубоко изучить какое-то конкретное свойство, иногда полезно отказаться от менее существенных, вовсе не учитывая их.

Примеры: карта местности, модели живых организмов…

  1. Оригинал либо очень велик, либо очень мал.

Примеры; глобус, модель Солнечной системы, модель атома…

  1. Процесс протекает очень быстро или очень медленно.

Примеры: модель двигателя внутреннего сгорания, геологические модели…

  1. Исследование объекта может привести к его разрушению.

Примеры: модель самолета и автомобиля….

  1. И т.д.

Моделирование – это процесс построения моделей для исследования и изучения объектов, процессов, явлений.

Что можно моделировать? Ответим на этот вопрос.

Пояснение: в ходе изложения этого вопроса попросите учащихся самим привести примеры.

Моделировать можно:

  1. Объекты

Назовем примеры моделей объектов:

  • Копии архитектурных сооружений;

  • Копии художественных произведений;

  • Наглядные пособия;

  • Модель атома водорода или солнечной системы;

  • Глобус;

  • Модель, демонстрирующая одежду;

  • Детские игрушки;

  • И т.д.

  1. Явления

Примеры моделей явлений:

  1. Модели физических явлений: грозового разряда, магнитных и электрических сил…;

  2. Географические модели: модель солевого потока, модель землетрясения, модель оползней…

  1. Процессы

Примеры моделей процессов:

  • Модель развития вселенной;

  • Модель экономических процессов;

  • Модели экологических процессов…

  1. Поведение

При выполнении человеком какого-либо действия ему обычно предшествует возникновение в его сознании модели будущего поведения. Собирается ли он строить дом или решать задачу, переходит улицу или отправляется в поход – он непременно сначала представляет себе все это в уме. Это главное отличие человека мыслящего от всех других живых существ на земле.

Один и тот же объект в различных ситуациях, в разных науках может описываться различными моделями. Например, рассмотрим объект «человек» с точки зрения различных наук:

  • В механике человек – это материальная точка;

  • В химии - это объект, состоящий из различных химических веществ;

  • В биологии – это система, стремящаяся к самосохранению;

  • И т.д.

С другой стороны, разные объекты могут описываться одной моделью. Например, в механике различные материальные объекты от песчинки до планеты рассматриваются как материальные точки.

Таким образом, совершенно неважно, какие объекты выбираются в качестве моделирующих. Важно лишь то, что с их помощью удается отразить наиболее существенные признаки изучаемого объекта, явления или процесса. Моделирование – это метод научного познания объективного мира с помощью моделей.

2. Классификация моделей

Итак, объектив моделирования, как мы только что с вами убедились, огромное количество. И для того, чтобы ориентироваться в их многообразии, необходимо все это классифицировать, то есть каким – либо образом упорядочить, систематизировать.

При классификации объектов по «родственным» группам необходимо правильно выделить некий единый признак (параметр, а затем объединить те объекты, у которых он совпадает). Рассмотрим наиболее распространенные признаки, по которым можно классифицировать модель.

С учетом фактора времени (отражают динамику происходящих процессов).

Модели

Определение

Пример

Статические

Одномоментный (на данный момент времени) срез информации по объекту

Обследование учащихся в поликлинике дает картину физического состояния детей на данный момент времени.

Расчет прочности и устойчивости к постоянной нагрузке на фундамент, на стены на балки при строительстве здания

Динамические

Позволяют видеть изменения состояния объекта во времени

Карточка школьника, отражающая состояние здоровья ребенка в течении многих лет при воздействии экологических, экономических и социальных факторов.

Учет противодействия ветрам, движению грунтовых вод, сейсмическим колебаниям при строительстве здания.


По способу представления ( из чего сделаны).

Модели

Определение

Примеры

Материальные

Воспроизводят геометрические и физические свойства объекта и всегда имеют реальное воплощение.

Детские игрушки, чучела птиц, карты, схемы, макеты, опыты и т.д.

Информационные

Нельзя потрогать или увидеть воочию так как они не имеют материальной основы, а строятся только информации.

Любое описание объекта на одном из разговорных или формальных языков.


Информационные модели

Определение

Примеры

Знаковые

Информационная модель, выраженная средствами формального языка.

Рисунки, тексты, графики, схемы и т.д.


Информационная модель в мысленной или разговорной форме.

Мысленный образ объекта.


Вербальные и знаковые модели, как правило, взаимосвязаны. Мысленный образ, родившийся в голове человека, может быть облечен в знаковую форму. Например, мелодия, родившаяся в голове композитора, будет представлена в виде нот на бумаге.

Для создания моделей используется огромный спектр инструментов. Если модель имеет материальную природу. То для ее создания используются традиционные инструменты: фотоаппарат, токарный и фрезерный станки, пила, топор, кисть художника, карандаш, линейка и т.д., и, наконец самый совершенный в наши дни инструмент – компьютер.


Знаковые модели

Определение

Примеры

Компьютерные

Модель, реализованная средствами программной среды

Электронные варианты рисунков, чертежей, текстов, формул, звуков и их создание редактирование с помощью различного программного обеспечения.

Некомпьютерные

Модель, созданная с помощью традиционных инструментов инженера, художника, писателя и др.

Рисунки, чертежи, графики, тексты, созданные вручную.


3. Понятие «система»

Окружающий нас мир состоит из множества различных объектов, каждый из которых имеет разнообразные свойства, и при этом объекты взаимодействуют друг с другом. Например, планеты нашей солнечной системы имеют различную массу, геометрические размеры и т.д. (различные свойства) и по закону всемирного тяготения взаимодействуют с Солнцем и друг другом. Из элементарных частиц состоят атомы, из атомов – химические элементы, из химических элементов - планеты, из планет – Солнечная система, а Солнечная система входит в состав нашей Галактики. Таким образом можно сделать вывод о том, что практически каждый объект состоит из других объектов, то есть представляет собой систему.

Система - это целое, состоящее из объектов, взаимосвязанных между собой.

Примеры систем: человек, компьютер, дом, дерево, книга, стол, науки, обучение в школе и т.д.

Системы бывают:

1. материальные (человек, компьютер, дерево, дом).

2. нематериальные (человеческий язык, математика).

3. смешанные (школьная система, так как включает в себя как материальные элементы (здание, оборудование, школьников, учебники), так и нематериальные (расписание занятий, темы уроков, устав школы).

Важным признаком системы является ее целостное функционирование. Компьютер нормально работает до тех пор, пока исправны основные устройства, входящие в его состав. Если удалить одно из них, то компьютер выйдет из строя, то есть прекратит свое существование как система.

Пример1

Система «самолет» состоит из объектов «крылья», «хвост», «двигатель», «фюзеляж» и др. ни один из этих объектов в отдельности не обладает способностью к полетам. Но система «самолет» этим свойством обладает, то есть если собрать все эти части строго определенным способом, то они полетят.

Составные части системы называются элементами или компонентами системы называются элементами или компонентами системы. Каждый такой элемент может в свою очередь являться системой. Тогда по отношению к исходной системе ее называют подсистемой, систему, включающую в себя подсистему как элемент, рассматривают как надсистему.

Примет 2

Система «компьютер» состоит из подсистем «оперативная память», «процессор», «системный блок» и т.д., так как оперативную память, процессор, системный блок можно так же считать системами (они состоят из элементов).

4. Системный анализ

Чтобы описать систему, недостаточно только перечислить ее элементы. Еще необходимо указать, как эти элементы связаны друг с другом. Именно наличие связей превращает набор элементов в систему Система – это порядок и организация, а антисистема – это хаос, путаница, беспорядок.

Если графически представить связи между элементами системы, то получится ее структура. Структура может определять пространственное взаиморасположение элементов (цепочка, звезда, кольцо), их вложенность или подчиненность (дерево), хронологическую последовательность (линейную, ветвящуюся, циклическую).

Когда вы опишите элементы системы и укажите их взаимосвязи, тем самым вы проведете системный анализ.

Пример 3

Системный анализ системы «Системы счисления».

Объектами, составляющими эту систему, являются «позиционные системы счисления» и «непозиционные системы счисления». Позиционные системы счисления, в свою очередь, так же являются системами и состоят из объектов «двоичная система счислении», «троичная система счисления» «четверичная система счисления» и т.д., «римская система счисления», «египетская система счисления» и др. Кроме указания объектов, необходимо установить связи между ними. Для этого используем древообразную структуру. В результате системного анализа получим следующую систему:

Системы счисления

hello_html_m77dae311.gifhello_html_m3f2aa909.gif


Позиционные Непозиционные

hello_html_m3f2aa909.gifhello_html_57aed7ff.gifhello_html_m6228d09d.gifhello_html_m77dae311.gifhello_html_m77dae311.gif


Двоичная Троичная Десятичная Римская Древнеегипетская


5. Систематизация

Систематизация – это процесс превращения множества объектов в систему. Систематизация имеет огромное значение. В повседневной жизни каждый из нас занимается систематизацией – разделяет одежду на зимнюю и летнюю, посуду – на стаканы, тарелки, кастрюли и т.д.

Неоценима систематизация знаний в различных науках. Начло многих наук связано с именем великого древнегреческого ученого Аристотеля, который жил в 4 в. до н.э. вмести со своими учениками Аристотель проделал колоссальную работу по классификации накоплений знаний, разделили их на несколько частей и дал каждое свое название. Именно тогда на свет появились физика, биология, экономика, логика и другие наука. Математические знания классифицировал Евклид в 3 в. до н.э.живых существ классифицировал Карл Линней (1735 г.). химические вещества классифицировал Д.И.Менделеев. звездное небо было разделено на созвездия, причем эта классификация отличается тем, что признаки, по которым были классифицированы звезды, к ним самим не имеют никакого отношения.

III. Закрепление изученного

1. Франтальное задание (устно)

Мысленно представьте квадрат и составьте различные знаковые модели данного объекта.

Подсказка: чертеж, текст, формулы.

2 (устно)

Для следующих объектов осуществите системный анализ, выделите подсистемы, надсистемы и простые элементы.

А) фонтан Б) завтрак В) журнал


3

Попробуйте повторить подвиг вышеназванных знаменитых людей, систематизировав перечисленные факты и определив основание систематизации.

А) Подвиг Аристотеля.

1. «Жи»-«ши» - пиши с буквы «и».

2. Амазонка – это река.

3. Тела тяжелее воды тонут.

4. Прилагательные выражает свойство.

5. Бермудские острова омываются Атлантическим океаном.

6. Разноименные полюса магнита притягиваются, а одноименные – отталкиваются.

7. Высочайшая вершина мира – Эверест.

8. «Мама» - существительное первого склонения.

9. Антарктида покрыта вечным льдом.

10. Для того, чтобы найти время пути, необходимо пройденное расстояние разделить на скорость.

11. вода закипает при температуре 100оС.

12. Чем быстрей придет давит на опору, тем сильнее опора давит на предмет.

13. Столица России – Москва.

14. «Не» с глаголами пишется раздельно.

15. Существительные бывают следующих падежей: именительного, родительного, дательного, винительного, творительного предложного.

4

Б) Подвиг Карла Линнея.

1. Рожь. 11. Ромашка. 21. Грейпфрут. 31. Можжевельник.

2. Дуб 12. Арбуз. 22. Яблоня. 32. Огурец.

3. репа. 13. Морковь. 23. Пшеница. 33. Крапива.

4. Апельсин. 14. Овес. 24. Липа. 34. Свекла.

5. Лиственница. 15. Персик. 25. Подорожник. 35. Сосна.

6. Акация. 16. Кабачок. 26. Ячмень. 36. Одуванчик.

7. Помидор. 17. Пихта. 27. Картофель. 37. Дыня.

8. Василек. 18. Кукуруза. 28. Береза. 38. Мандарин.

9. Ель. 19. Лимон. 29. Тыква. 39. Груша.

10. Крыжовник. 20. Малина. 30. Смородина. 40. Кедр.


Домашнее задание

Уровень знания: выучить определение основных терминов и понятий (словарь урока).

Уровень понятия: составьте различные по типу модели объектов:

  • прямая линия;

  • мягкая игрушка;

  • человек.

Провести системный анализ следующих объектов:

  • квартира.

  • сердце.

  • река.

Уровень применения: воспользуйтесь дополнительной литературой и приведите фрагмент систематизации звезд, указав основание систематизации.

Творческий уровень: постройте материальную модель какого-либо объекта.

Урок 2. Формы представления информационных моделей.

Словесные и математические модели.

Цели: познакомить учащихся с формулами представления информационных моделей; сформировать понятие «формализация»; научиться создавать словесные и математические модели.

Требования к значениям и умениям учащихся:

Студенты должны знать:

  • классификацию информационных моделей по форме представления;

  • что такое «формализация»;

  • программные средства построения словесных и математических моделей.

Студенты должны уметь:

  • строить словесные и математические информационные модели.

Программно-дидактическое обеспечение урока: ПК, приложения WordPad. MS Word.


Ход урока


  1. Постановка целей урока

    1. Почему басня и притча является моделями? Как их построить?

    2. Как использовать алгебраический язык формул для построения моделей?

    3. Сегодня для построения различных по форме моделей используется компьютер. Как правильно воспользоваться этим инструментом моделирования?

  1. Проверка домашнего задания

Дифференцированные задания для индивидуально опроса.

Задание 1

Перечислите надсистемы для следующих систем:

Вариант 1. «Дверной звонок», «Сердце»

Вариант 2. «Квартира», «Сочетательный закон умножения».

Вариант 3. «Автобус», «Озеро».

Задание 2

Найдите лишнее и укажите основание классификации.

Вариант 1

А) Старый, дряхлый, изношенный, маленький, ветхий.

Б) Вася, Петя, Саша, Дима, Таня.

Вариант 2

А) Колесо, телега, колодец, колбаса, колокол.

Б) Дом, сарай, мазанка, хижина изба.

Вариант 3

А) Ненавидеть, возмущаться, негодовать, презирать, наказывать.

Б) Гнездо, муравейник, курятник, берлога, нора.

Актуализация знаний

Вспомните основные приемы набора и редактирования текста и назначение клавиш.

  • Как напечатать заглавную букву?

  • Как вставить пропущенный символ?

  • Как стереть неверно введенный символ?

  • Как склеить строки?

  • Как разбить строки?

  1. Изложение нового материала

Вернемся к квалификации информационных моделей.

Выберем другое основное классификации и выполним ее по форме представления.

По форме представления можно выделить следующее виды информационных моделей:

    1. Словесные модели – устные и письменные описания с использованием иллюстраций.

    2. Математические модели – математические формулы, отображающие связь различных параметров объекта или процесса.

    3. Геометрические модели – графические форы и объемные конструкции.

    4. Структура модели – схемы, графики, таблицы и т.д.

    5. Логические модели – модели, в которых представлены различные варианты выбора действий на основе умозаключений и анализа условий.

    6. Специальные модели – ноты, химические формы и т.п.

Для представления информационных моделей в той или иной форме используются естественные и формальные языки.

Естественные языки используются для построения словесных, описательных моделей. Например, различные литературные произведения имеют непосредственное отношение к понятию модели, поскольку фокусирует внимание читателя, на определенных сторонах человеческой жизни. Особенно можно выделить такой литературный жанр, как басня или притча.

В истории науки также существуют многочисленные текстовые информационные модели. Например, гелиоцентрическая модель мира Коперника, которую он сформулировал следующим образом:

  • не Солнце движется вокруг Земли, а Земля вращается вокруг Солнца;

  • орбиты всех небесных тел проходят вокруг Солнца.

В учебнике по географии описаны природные процессы, происходящие на Земле, а также основные географические объекты.

Совестные модели могут описывать ситуации, события, происходящие в жизни, с целью их осмысления и использования опыта.

Со словесного описания начинается построение любой модели, так как оно более или менее точно отражает оригинал. При создании словесной модели важно уметь ясно и понятно строить фразы, выделять ключевые моменты, правильно пользоваться терминологией, ссылаться на известные исторические факты.

Инструментом создания словесных моделей в ревности были папирус и перья. Потом – типографические станки и пишущие машинки. Сегодня для описания словесных моделей используется компьютер, а именного его клавиатура и специальная программа, называемая текстовый редактор или процессор.

Формальные языки используются для построения формально-логических моделей – математических, логических и специальных.

Процесс построения информационных моделей с помощью формальных языков называется формализацией.

Одним из наиболее распространенных, формальных языков является алгебраический язык формул, в математике, который позволяет описывать функциональные зависимости между величинами. Модели, построенные с использованием математических формул и понятий, называются математическими. Модели, построенные с использованием математических формул и понятий. Называются математическими.

Математическая модель, как правило, как правило, идет вслед за описательной.

Математические модели, как и словесные, - это продукт творческой деятельности человека компьютер позволяет на качественно новом уровне перевести мысленную модель в знаковую форму.

В компьютерном моделировании для оформления формул используется специальное приложение – редактор формул. В приложении MS Word это приложение называется Microsoft Equation.

После формулы принято давать пояснение для буквенных обозначений, используемых в записи.

  1. . Практическая работа

Работа 1

Тема: «Построение словесной модели в среде текстового редактора»

Объект моделирования: одноклассник.

Цель моделирования: построение словесной модели человека.

Параметры моделирования: построение словесной модели человека.

  1. Фамилия, имя, отчество объекта.

  2. Черты, лица, телосложение (рост, вес).

  3. Любимый учебный предмет объекта.

  4. Хобби объекта.

Инструмент моделирования: текстовый редактор WordPad.


Ход работы

  1. Откройте текстовый редактор WordPad по команде Пуск/Все программы/ Стандартные/ WordPad.

  2. Выберите объект моделирования (любого одноклассника).

  3. Составьте его мысленный образ в соответствии с партнерами текстового редактора.

  4. оформите мысленный образ средствами текстового редактора.

  5. покажите результат учителю.

Работа 2

Тема: «Построение математической модели средствами редактора формул».

Объект моделирования: математическая формула прямолинейного равноускоренного движения тела (изменение координаты х) х = х0 + vx t+hello_html_m238cdc2e.gif.

Цель моделирования: построение математической модели.

Инструмент моделирования: редактор формул Microsoft Equation.


Ход работы

  1. Открытие текстовых процессор MS Word по команде Пуск/ Все программы Microsoft Word.

  2. Выбрать в меню Вставка команду Объект.

  3. Выбрать Microsoft Equation 3.0.

  4. Составить формулу с помощью набор символов и шаблонов.

  5. Щелкните в окне документов Word.

  6. Ниже формулы поясните обозначения, используемые в записи формулы.

  7. Результат работы положите учителю.


Инструкция

Советы по набору формул:

  1. определить последовательность набора формул;

  2. все символы набираются последовательно, с помощью клавиатуры;

  3. числа, знаки и переменные можно вводить с клавиатуры;

  4. перемещаться между элементами формулы можно с помощью клавиш управления курсором или щелчком мыши установить курсор в нужное место;

  5. если формул несколько, отделить одну от другой нажатием клавиши Enter;

  6. если вы ходите набрать текст, находясь в редакторе формул, следует выбрать Стиль, Текст.

Для редактирования формулы дважды щелкните по ней.

Описание панели символов и шаблонов.

    1. – отношений;

    2. – пробелы и многоточия;

    3. – надстрочные знаки;

    4. – операторы;

    5. – стрелки;

    6. – логические символы;

    7. – знаки теории множеств;

    8. – разные символы;

    9. – греческие буквы (прописные);

    10. – греческие буквы (строчные);

    11. – шаблоны скобок;

    12. – шаблоны дробей и радикалов;

    13. – шаблоны верхних и нижних символов;

    14. – шаблоны сумм;

    15. – шаблоны интегралов;

    16. – шаблоны надчеркивания и подчеркивания;

    17. – шаблоны стрелок с текстом;

    18. – шаблоны произведений и символов теории множеств;

    19. – шаблоны матриц.


  1. . Итоги урока


Домашнее задание

Уровень знания: знать классификацию информационных моделей по форме представления. Уметь приводить примеры словесных и математических моделей. Знать программные инструменты, с помощью которых можно создавать словесные и математические модели.

Уровень понимания:

  1. Составьте словесную модель объяснения с родителями в ситуации, когда вы получили «двойку». Попробуйте убедить родителей в том, что ваша «двойка» едва является не благом.

  2. По приведенной словесной модели составьте математическую модель: квадрат гипотенузы равен сумме квадратов катетов.

Уровень применения: постройте информационную модель решения квадратного уравнения. Используйте для этого как словесную, так и математическую модель.

Творческий уровень: выполните задание уровня применения с помощью компьютера.

Урок 3. Графические модели


Цели: сформировать у учащихся понятие «графическая модель»; научить учащихся строить графическ5ие модели.

Требования к знаниям и умениям:

Студенты должны знать:

  • что такое «графическая модель», области использования;

  • программные инструменты, используемые для построения графических моделей.

Студенты должны уметь:

  • строить геометрические модели с помощью приложения Paint.

Программно-дидактическое обеспечение урока: ПК, приложения Paint, карточки с заданиями.


Ход урока

  1. Постановка целей урока

    1. Попробуем себя в роли дизайнера.

    2. Попробуем себя в роле конструктора.

  2. Проверка домашнего задания

Задание для интеллектуального опроса.

Найдите и исправьте ошибки в приложениях:

    1. По временному фактору информационные модели делятся на словесные, геометрические математические, логические, специальные.

    2. Словесные модели – математические формулы, отображающие связь различных параметров объекта или процесса.

    3. Математические модели – графические формы и объемы конструкции.

    4. Описательные модели – модели, в которых представлены различные варианты выбора действий на основе умозаключений и анализа условий.

    5. Формальные языки используются для представления описательных моделей.

    6. естественные языки используются для построения формально-логических моделей – математических, логических и специальных.

    7. Процесс построения информационных моделей с помощью формальных языков называется моделированием.

Актуализация знаний

  • Какое приложение Windows является графическим редактором?

  • Как открыть Paint?

  • Каково назначение инструментов Paint (пояснение: используйте рисунок панели инструментов)?

  1. Изложение нового материала

Графические (или геометрические) информационные модели являются простейшим видом моделей, которые предают внешние признаки объекта - размеры, формы, цвет.

Графические модели более информативны, чем словесные. Без карт трудно представить себе ботанику и биологию, географию, военное дело, судоходство и т.д.

Современные технологии не могут обойтись без информационных моделей технических устройств, заданий и т.д. в виде чертежей.

Электрические и радиосхемы – это информационные модели физики, радиотехники и радиоэлектроники.

Графики и диаграммы – это информационные модели, которые в наглядной форме представляют числовые и статические данные.

Особое место среди геометрических моделей занимают задачи на построение. Такие задачи возникли еще в глубокой древности и были связаны с практическими потребностями. Они тренируют ум, учат комплексно принять занятия, воспитывают нестандартный подход к решению проблем.

В качестве инструмента для графического моделирования сегодня используется графический редактор. Для моделирования графического редактора можно пользоваться обобщенной информационной моделью графического объекта.

Любой графический объект обладает формой, размерами, пропорциями и цветом и его можно перемещать, тиражировать, редактировать, поворачивать, отражать, изменять размеры и пропорции.

Конструирование – это процесс сбора проекта и элементов. Конструировать можно плоские т объемные объекты.

  1. Практическая работа «Построение графических моделей»

Цель моделирования: создание меню простых элементов для конструирования из них различных объектов.

Инструмент моделирования: графический редактор Paint.

Ход работы

    1. Откройте графический редактор Paint по команде Пуск/Все программы/ Стандартные/ Paint.

    2. Создайте меню простых элементов, указанных в задании, максимально учитывая форму и размер.

    3. Создать из простых элементов объект.

    4. Результат продемонстрировать учителю.

Задания для моделирования (дифференцированы по уровню сложности).

  1. Итоги урока

Домашнее задание

Уровень знания: выучить определение основных терминов и понятий урока.

Уровень понимания: просмотрите бумажные издания средств массовой информации и приведите примеры графических моделей, которые в них используются.

Уровень применения: постройте графическую модель какого-либо исторического сражения.

Творческий уровень: выполните задание уровня применения в графическом редакторе.


Урок 4. Табличные информационные модели


Цели: ввести классификацию структур информационных моделей; сформировать понятие табличной информационной модели; научить учащихся составлять табличные информационные структуры.

Требования к знаниям и учениям:

Студенты должны знать:

  • структуры информационных моделей;

  • структуру и типы таблиц.

Студенты должны уметь:

  • строить различные по типу таблицы

Программно-дидактическое обеспечение урока: карточки с заданиями.


Ход урока

  1. Постановка целей урока

    1. Головки, боровики, прографки – что это?

    2. Просто ли построить таблицу? Что при этом необходимо учитывать?

    3. Простые правила построения таблиц.

  2. Проверка домашнего задания

Фронтальный опрос.

Задания для индивидуального опроса.

Проверти графические информационные модели (вырезки карт, схем, графиков, диаграмм, геометрических объектов и т.д.). попросите учащихся выполнить системный анализ моделей.

Актуализация знаний

  1. Постройте учащихся назвать преимущества упорядочения информации в виде таблицы.

  2. Попробуйте учащихся перечислить элементы таблицы.

  1. Изложение нового материала

Одной из наиболее часто встречающихся структур информационных моделей является таблица.

В табличной информационной модели объекты или их свойства представлены в виде списка, а их значения размещаются в ячейках прямоугольной таблицы.

С помощью таблиц могут быть выражены как статические, так и динамические информационные модели.

С помощью таблиц строятся информационные модели в различных предметных областях. Широко известно представление математических функций, статических данных, расписание поездов, самолетов и уроков и т.д.

    1. Основные понятия таблицы.

Таблица – универсальное средство представления информации. В таблице может содержаться информация о различных свойствах объектов, об объектах одного класса и разных классов, об отдельных объектах и группах объектов.

Пример 1

Домашняя библиотека

Автор

Название

Год издания

Жанр

А.Беляков

«Человек-амфибия»

1990 г.

Фантастика

А.Пушкин

«Сказка о царе Салтане »

1985 г.

Поэтическая сказка

Л.Толстой

«Война и мир»

1972 г.

Трагедия

А.Конан-Дойль

«Голубой карбункул»

1980 г.

Детектив




Объект – это то, о чем идет речь.

Класс объектов – множество объектов, объединенных какими-то общими свойствами.

Свойства – характеристики, признаки объекта.

У каждого свойства есть название и значение.


Пример 2

Укажем вышеприведенные понятия для таблицы «Домашняя библиотека».

    1. В таблице идет речь о классе объектов – о книгах домашней библиотеки.

    2. Свойства – автор, название, год издания, жанр.

    3. Значения свойств:

  • автор: А.Беляев, А.Пушкин,…

  • название: «Человек-амфибия», поэмы,…

  • год издания: 1990, 1985,…

  • жанр: фантастика, сказка,…

Все многообразие таблиц разделами на типы.


    1. Таблицы типа «объекты-свойства» (ОС)

Таблица ОС – это таблица, в которой рассматриваются объекты, принадлежащие одному классу.


Название класса объекта

Название свойства

Название объекты

Значение свойств


Порядок построения таблиц ОС:

    1. Выделить объекты и свойства.

    2. Назвать класс объектов.

    3. Вписать название объектов и их свойств.

    4. Вписать значение свойств.


Пример 3

См. таблицу «Домашняя библиотека».

    1. Таблицы типа «объекты-объекты» (ОО)

Таблица ОО – это таблица, которая описывает пары объектов и только одного свойство.


Название класса первых объектов

Название класса вторых объектов

Название вторых объектов

Название первых объектов

Значение свойств


Порядок построения таблиц ОО:

    1. Выделить объекты и свойства.

    2. Назвать класс первых и вторых объектов.

    3. Вписать название первых и вторых объектов.

    4. Вписать значение свойств в ячейки.


Пример 4

Годовые оценки


Фамилия

Предмет

Русский язык

Литература

Математика

Иванов Петя

4

5

4

Петров Андрей

4

4

3

Сидоров Вася

5

5

4

Андреев Коля

3

4

5


Класс первых объектов – ученик (фамилии).

Класс вторых объектов – предмет.

Первые объекты – Иванов Петя, Петров Андрей, Сидоров Ваня, Андреев Коля.

Вторые объекты – русский язык, литература, математика.

Свойства – оценки.

    1. Табличные логические информационные модели

С помощью таблиц можно находить решения логических задач. Такая форма решения задачи является наиболее наглядной и простой.

Рассмотрим логическую задачу.

В школе учатся четыре талантливых подростка: Иван, Петр, Алексей, Андрей. Один из них – будущий хоккеист, другой приспел в футболе, третий – легкоатлет, четвертый подает надежды баскетболист.

О них известно следующее:

  1. Иван и Алексей присутствовали в спортзале, когда том занимался легкоатлет.

  2. Петр и хоккеист вместе были на тренировке баскетболиста.

  3. Хоккеист раньше дружил с Андреем, а теперь не разлучен с Иваном.

  4. Иван не знаком с Алексеем, так как они учатся в разных классах и в разные смены.

Кто кем является?

Посмотрим таблицу, в которой учтем все возможные варианты. Включим в нее столбцы с названиями: «Футболист», «Баскетболист», «Легкоатлет», «Хоккеист» и строки с именами мальчиков.

Анализ исходных условий. Из первого пункта следует, что Иван, ни Алексей не могут быть легкоатлетами. В таблице занесем в соответствующие клетки знак «минус».

Аналогично определяем, что:

Перт не баскетболист и не хоккеист (из пункта 2);

Андрей и Иван не хоккеисты (из пункта 3).

После анализа исходных условий таблица выглядит так:



Футболист

Баскетболист

Легкоатлет

Хоккеист

Иван



-

-

Петр


-


-

Алексей



-


Андрей




-


Теперь будем рассуждать.

  • По условию задачи каждый подросток обладает только одним талантом. Следовательно, в каждой строчке и каждом столбце может быть только один «+».

  • В графе «Хоккеист» оказалась три минуса, тогда хоккеистом дожжен быть Алексей, так как он согласно условию хоккеист среди них есть. Поставим в этой клетке «+».

  • Но раз Алексей хоккеист, он не может быть ни легкоатлетом, ни футболистом, ни баскетболистом, что и зафиксируем знаком «-» во всей «Алексеевской» строчке.



Футболист

Баскетболист

Легкоатлет

Хоккеист

Иван



-

-

Петр


-


-

Алексей

-

-

-

+

Андрей




-


  • Сопоставим теперь второй и третий пункты условия задачи. Перт и Алексей вместе были на тренировке баскетболиста, но Иван не знает Алексея, значит баскетболист не Иванов. Отметим этот факт минусом в соответствующей клетке.

  • Теперь в столбике «Баскетболист» три минуса, поэтому баскетболистом является Андрей, ставим ему «+», а в оставшихся клетках строки – минусы.

  • Теперь определился легкоатлет – это Петр. Ставим минусы в его строке.

  • Остается один Иван, и он, очевидно, футболист. Окончательный вид таблицы:



Футболист

Баскетболист

Легкоатлет

Хоккеист

Иван

+

-

-

-

Петр

-

-

+

-

Алексей

-

-

-

+

Андрей

-

+

-

-


Таким образом, в результате составления логической модели в виде таблицы и анализа ее мы пришли к выводу, что Иван – футболист, Петр – легкоатлет, Алексей – хоккеист, а Андрей – баскетболист.


  1. Закрепление изученного материала


1

Построить таблицу по следующим данным:

Полярная звезда находится в созвездии Малая Медведица. Бетельгайзе находится в созвездии Ориона. Расстояние до Спики – 260 световых лет. Денеб находится на в созвездии Лебедя. Акрус ярче Солнца в 2200 раз. Расстояние до Бетельгайзе – 650 световых лет. Ригель ярче Солнца в 55000 раз. Канопус находится в созвездии Стрекоза. Расстояние до Капеллы – 46 световых лет. Спика находится в созвездии Дева. Антарес находится в созвездии Скорпион. Расстояние до Аркура – 36 световых лет. Альдебаран ярче Солнца в 165 раз. Бетельгайзе ярче Солна в 22000 раз. Расстояние до Антареса – 425 световых лет. Денеб ярче Солнца в 6600 раз. Расстояние до Канопуса – 181 световых в год. Арктур находится в созвездии Волопас. Кепелла ярче Солнца в 150 раз расстояние до Полярной звезды – 780 световых лет. Ригель находится в созвездии Орион. Спика ярче Солнца в 2200 раз. Акрус находится в созвездии Южный Крест. Расстояние до Альдебарана – 70 световых лет. Актур ярче Солнца в 105 раз. Расстояние до Денеба – 1600 световых лет. Канопус ярче Солнца в 6600 раз. Капелла находится в созвездии Возничий. Полярная звезда ярче Солнца в 6000 раз. Расстояние до Ригеля – 820 световых лет.

№ 2

Построить таблицу по следующим данным:

Средняя глубина Камского водохранилища – 6,5 м. площадь. Горьковского водохранилища – 1400 кв. км. Объем Рыбинского водохранилища. 25 куб.км. Напор Цимлянского водохранилища – 26 м. Площадь Братского водохранилища – 5300 кв.км. средняя глубина Куйбышевского водохранилища – 10,4 м. объем Цимлянского водохранилища – 4650 кв. км. Объем Братского водохранилища – 180 куб.км. Площадь Камского водохранилища – 1700 кв.км. Напор Куйбышевского водохранилища 28 м. Средняя глубина Цимлянского водохранилища – 9,2 м. Напор Камского водохранилища – 21 м. Площадь Куйбышевского водохранилища – 5000 кв. км. Напор Рыбинского водохранилища – 25 м. Средняя глубина Братского водохранилища – 34 м. Объем Куйбышевского водохранилища – 52 куб.км. Напор Горьковского водохранилища – 18 м. Средняя глубина Рыбинского водохранилища – 5,5 м. Объем Камского водохранилища – 11 куб. км. Напор Братского водохранилища 104 м. Площадь Цимлянского водохранилища – 2600 кв.км.


3

Построить таблицу, отображающую земельные ресурсы зарубежных стран.

Часть площади Европы, занятая лесами, составляет 32,8%. Часть площади Северной Америки, занята пашнями и плантациями, составляет 12,8%. Часть площади Азии, занята пастбищами, составляет 21%. Часть площади Северной Америки, занята пастбищами, составляет 16,8%. Часть площади Австралии и Океании, занятая пашнями и плантациями, составляет 5,7%. Часть площади Северной Америки, занята лесами, составляет 30,9%. Часть площади Австралии и Океании, занята пастбищами, составляет 54,6%. Часть площади Южной Америки, занятая лесами, составляет 53%. Часть площади Европы, занятая пастбищами, составляет 18,2%. Часть площади Южной Америки, занятая пашнями и плантациями, составляет 7,8%. Часть площади Африки, занятая пастбищами, составляет 26,2%. Часть площади Азии, занятая пашнями и плантациями, составляет 17%. Часть Европы, занятая пашнями и плантациями, составляет 29,6%. Часть площади Южной Америки, занятая прочими землями, составляет 13,2%. Часть площади Австралии и Океании, занятая прочими землями, составляет 19,4%. Часть площади Северной Америки, занятая прочими землями, составляет 39,5%. Часть площади Африки, занятая прочими землями, составляет 44,4%. Часть Азии, занятая прочими, землями, составляет 38%.

№4

Решите логическую задачу.

Определить, кто чем увлекается, и оформить решение в виде таблицы.

Трое подростков, Саша, Миша и Андрей, живут на одной улице. Одного знают как отличного шахматиста, другой – заядлый футболист и болельщик, а третий – компанейский парень, любитель всяческих тусовок.

Однажды футболист пришел к своему другу, чтобы поучиться приемам игры в шахматы, но мама сказала, что сын ушел с известной всей улице личностью на дискотеку.

Известно, что Андрей никогда не слышал о Мише. Кто есть кто?


  1. Итоги урока

Домашнее задание

Уровень знания: знать структуру таблиц (название и назначение основных частей таблицы), типы таблиц.

Уровень понимания:

    1. Постройте таблицу для следующей информации. Недостающие данные выясните самостоятельно:

Столица Франции – Париж. Площадь Франции – 552 тыс. кв. км. Население Франции – 52 млн. чел. Форма правления Франции – республика.

Столица Австрии – Вена. Площадь Австрии – 84 тыс. кв. км. Форма правления Австрии – федеративная республика.

Столица Великобритании – Лондон. Площадь Великобритании – 244 тыс. кв. км. Население Великобритании – 56 млн. чел. Форма правления Великобритании – конституционная монархия.

Столица Швейцарии – Берн. Площадь Швейцарии – 41 тыс. кв. км. Население Швейцарии – 7 млн. чел. Форма правления Швейцарии – конфедерация.

Столица Италии – Рим. Площадь Италии – 301 тыс. кв. км. Население Италии – 55 млн. чел. Форма правления Италии – республика.

Столица Канады – Оттава. Площадь Канады – 9974 тыс. кв. км. Население Канады – 22 млн. чел. Канада – доминион в составе Британского сотрудничества наций.

Столица Омана – Маскат. Население Омана – 52 млн. чел. Форма правления Омана – абсолютная монархия (султанат).

Столица Японии – Токио. Площадь Японии – 370 тыс. кв. км. Население Японии – 108 млн. чел. Форма правления Японии – конституционная монархия (империя).


    1. Решите логическую задачу с помощью таблицы.

Жили три молодых человека – Андрей, Бронислав и Борис. Один из них – аптекарь, другой – бухгалтер, третий – агроном. Один живет в Бобруйске, другой – в Архангельске, третий – в Белгороде. Требуется выяснить, кто где живет и у кого какая профессия. Известно лишь, что:

      1. Борис бывает в Бобруйске лишь наездами и то весьма редко, хотя хотя все его родственники живут в этом городе.

      2. У двух из этих людей названия профессий и городов, в которых они живут, нажинаются с той же буквы, и что и имена.

      3. Жена аптекаря приходится Борису младшей сестрой.

Уровень примечания: постройте таблицу, в которой содержалась информация о том, какие окончания имеют прилагательные всех родов (мужского, среднего и женского) в каждом падеже (именительном, родительном, дательном, винительном, творительном, предложном).

Урок 5. Информационные модели на графах


Цели: сформировать у учащихся понятие «граф»; познакомить с видами графов; сформировать навыки построения графов.

Требования к знаниям и умениям:

Студенты должны знать:

  • какая информационная модель представлена в виде графа;

  • какие типовые фигуры используются для построения блок-схемы.

Студенты должны уметь:

  • строить информационные модели на графах;

  • строить блок-схемы алгоритмов.

Программно-дидактическое обеспечение урока: ПК, карточки с заданиями.


Ход урока

  1. Постановка целей урока

    1. Информационную модель «схема метрополитена» можно назвать графом. Почему?

    2. Из чего состоит граф?

    3. Как построить свою родословную?


  1. Проверка домашнего задания

Фронтальный опрос.

Задания для индивидуального опроса.

Для следующих таблиц укажите:


А) тип; Г) объекты или класс объектов;

Б) номер таблицы; Д) свойства объектов и их значение.

В) заголовок таблицы;


Вариант 1

Таблица 1

Название

Проживание

Питание

Размер

Волк

Дикое

Хищник

Средний

Корова

Домашнее

Травоядное

Крупный

Лев

Дикое

Хищник

Крупный

Кошка

Домашнее

Хищник

Мелкий


Сельхоз-культура

Год

1985

1990

1995

Картофель

96 ц

99 ц

117 ц

Овощи

153 ц

154 ц

140 ц

Сахарная свекла

211 ц

213 ц

176 ц

«Звери» «Урожайность сельхозкультур»


Вариант 2

Таблица 1.3.

«Планеты» «Температура»

Планета

Расстояние до Солнца

Период обращения

Средние сутки

Меркурий

32 у.е.

88 суток

176 суток

Венера

72 у.е.

25 суток

117 суток

Земля

100 у.е.

356 суток

24 часа

Марс

152 у.е.

687 суток

25 часа


Месяц

Средняя температура

2002 г.

2003 г.

2004 г.

Январь

20оС

25оС

23оС

Февраль

18оС

20оС

19оС

Март

10оС

8оС

5оС


Актуализация знаний

  1. Что такое система?

  2. Каким образом можно г8рафически показать связь между элементами системы?


  1. Изложение нового материала

    1. Определить понятия «граф» и его структуры

Для того, чтобы представить информацию о составе и структуре системы графически, необходимо в виде чертежа изобразить компоненты системы и соединить их между собой какими-либо линиями. Например:

Структура молекулы углеводорода

Н Н Н Н Н

hello_html_m7eaa7d36.gifhello_html_m7eaa7d36.gifhello_html_m7eaa7d36.gifhello_html_m7eaa7d36.gifhello_html_m7eaa7d36.gif

hello_html_5951fc3b.gifhello_html_5951fc3b.gif НС С С С С Н

hello_html_m7eaa7d36.gifhello_html_m7eaa7d36.gifhello_html_m7eaa7d36.gifhello_html_m7eaa7d36.gifhello_html_m7eaa7d36.gif

Н Н Н Н Н

Здесь компоненты системы (атомы) соединения между собой линиями. Причем способ соединения выбран определенный, так как при другом варианте соединения получится другое вещество.

Такой чертеж называться граф.

Первичное восприятие информации.

Задание: прочитайте словарь урока.

Словарь урока

Граф – это средство для наглядного представления состава и структуры системы.

Вершины графа – это компоненты системы изображаемые кругами, овалами, прямоугольниками и пр.

Дуги – это направление линий (стрелки), связывающие компоненты между собой определенным образом.

Ребра – это ненаправленная линия, связывающие компоненты между собой определенным образом.

Дерево – это граф, предназначенный для отображения вложенности, подчиненности, наследования и т.п. между объектами. В таком графе нет связанных по замкнутой линии вершин. Каждая вершина связанная только с верхней и не связана больше не чем.

Структура дерева:

hello_html_m2da2074a.gif Корень (единственная вершина 1-ого уровня)

hello_html_m5968a9ae.gifВершина 2-ого уровня


Вершина 3-ого уровня


Сеть – это граф, которые вершины связаны между собой по прицепу «многие ко многим».

hello_html_m5ee0d1.gifhello_html_74a8bdb3.gif




Блок-схема – это граф, отображающий последовательность выполнения действий. Его вершины отображают отдельные действия и изображаются определенными геометрическими фигурами, а связи изображаются дугами.

hello_html_4b73b98e.gif





х=10


hello_html_m5ee0d1.gif

Геометрические фигуры, которые используются для обозначения, вершин, следующие:

hello_html_66cf0e89.gif

- начало и конец последовательности действий

- исходные данные и результат


- действия


- условие (вопрос, на который можно ответить только «Да» или «Нет»)


Работа со словарем.

Приготовьте и заполните таблицу.


Термин

Ключевые слова

Примеры

Граф


Схема метрополитена, структура молекул, карта дорог, компьютерная сеть…

Вершины графа


Станции метро, атомы в молекуле, города на карте дорог…

Дуги


Линии на родословном дереве

Ребра


Линии, соединяющие атомы в молекуле, линии дорог на карте дорог, линии дорог метрополитена…

Ориентированный граф


Различные классификации (биологические, организационные и др.)

Дерево


Генеалогическое дерево, классификации, файловая система

Сеть


Всемирная паутина


  1. Закрепление изученного

Решите задачи.

№1

На следующем графе изображена возможного переливания крови. Изучите его укажите:

А) тип графа; Б) вершины; В) тип линии связи

Г) какую кровь может получить человек с первой группой, со второй группой, с третьей группой, с четвертой группой крови.

№2

Постройте в виде графа множество геометрических фигур.

Геометрический объект, линия, плоская фигура, объемное тело, прямая, ломанная, кривая, круг, трапеция, эллипс, параллелограмм, прямоугольник, ромб, квадрат, шар, конус, призма, пирамида.

№3

Составьте родословное дерево потомков Владимира Мономаха.

Владимир Мономах умер в 1125 г. Он оставил 4 сыновей: Мстислава (год смерти - 1132), Ярополка (1139), Вячеслава Туровского (1154) и Юрия Долгорукого (1157). После Мстислава осталось 3 сына: Изяслав Волынский (1154). Всеволод Новгородский (1138) и Ростислав Смоленский (1168). У Изяслава Волынского был сын Мстислав (1170), у Мстислава сын Роман (1205), у Романа – Даниил Галицкий (1264). Ростислав Смоленский имел 4 сыновей: Романа (1189) Рюрика (1215), Давида (1197) и Мстислава Храброго (1180). После Романа Ростиславича остался сын Мстислав Удалой (1228). Юрий Долгорукий имел 3 сыновей: Андрея Боголюбского (1175), Михаила (1177) и Всеволода (1212). Сыновьями Всеволода были Константин (1217), Юрий (1238) и Ярослав (1246). У Ярослава Всеволодовича было 3 сына: Александр Невский (1263), Андрей Суздальский (1264) и Ярослав Тверской (1272). Сыновья Александра Невского: Дмитрий Переяславский (1294), Андрей Городенский (1304) и Даниил Московский (1303). У Андрея Сульданского сын был Василий (годы его жизни неизвестны), у Ярослава Тверского – сын Михаил.

№4

Нарисуйте в виде графа систему, состоящую из одноклассников, между которыми существуют следующие взаимоотношения: дружат Андрей и Даша, Андрей и Миша, Даша и Коля, Коля и Андрей.

С кем Андрей может поделиться с секретом, не рискуя, что он известен кому-то другому.

№5

Укажите результат выполнения действий:



  1. Итоги урока

Домашнее задание

Уровень знания: выучить словарь урока. Уметь приводить примеры графов.

Уровень понимания:

    1. Приведите примеры объектов, имеющих следующие структуры:

hello_html_m38ad5d6f.gifhello_html_19e3f26c.gifhello_html_m2a7690f7.gifhello_html_m252eae7.gif

hello_html_m3ef944b9.gif

hello_html_m3fd2b769.gif



    1. Составьте блок-систему к следующим процессам:

А) утренняя зарядка;

Б) телефонный звонок другу;

В) ваше поведение при опоздании на урок.

Уровень применения:

    1. Выберите из телепрограммы на неделю интересные для вас передачи и классифицируйте их:

А) по дате пока;

Б) по телеканалам;

В) по категории.

    1. Постройте блок-схему для какого-либо правила по русскому языку или по математике.

Творческий уровень:

    1. Постройте свое родословное дерево по линии одного из родителей.

    2. Придумайте насколько блок-схем с ошибками.


Урок 6. Основные этапы моделирования


Цели: познакомить учащихся с основными этапами моделирования; сформировать понимание обязательного соблюдения этапов моделирования.

Требования к знаниям и умениям:

Студенты должны знать:

  1. этапы моделирования.

Студенты должны уметь:

  1. моделировать с соблюдением всех этапов.


Ход урока

  1. Постановка целей урока

    1. Как правильно построить модель какого-либо объекта, процесса или действия.

    2. Что такое компьютерный эксперимент?

    3. Какое значение имеет тестирование модели?

  2. Проверка домашнего задания

Задания для индивидуального опроса (дифференцированы по уровню сложности).

    1. Постройте граф для следующей системы и укажите тип, вершины, тип связей между вершинами:

  • зонтик;

  • стул;

  • фломастер.

    1. Классифицируйте следующую информацию:

      1. Числительные в русском языке классифицируются по составу и значению. По составу они делятся на простые, сложные и составные. Пример простых числительных: один, два. Пример сложных числительных: двадцать один, сто двадцать три. По значению числительные делятся на порядковые и количественные. Пример количественных числительных: два, три. Пример порядковых числительных: второй, девятый.

      2. Существительные бывают одушевленные и неодушевленные. Неодушевленные отвечают на вопрос «Что?», одушевленные - «Кто?», одушевленные – «Кто?». И неодушевленные и одушевленные существительные относятся к одному из трех родов – мужскому, женскому или среднему.

      3. Местоимения в русском языке бывают трех лиц: 1-ого, 2-ого, 3-ого. Во всех трех лицах они могут быть единственного и множественного числа. Местоимения 3-ого лица единственного числа изменяются по родам – мужскому, женскому и среднему.

Выполнение заданий проверьте в форме взаимопроверки.

Актуализация знаний

  • Какую роль играет моделирование в жизни человека?

  • Сколько моделей может иметь объект и от чего зависит это количество?

  • Каковы достоинства и недостатки компьютерной модели?

  • Какой может быть цель моделирования?

  1. Изложение нового материала

    1. Описание процесса моделирования

Итак, мы с вами выяснили, что моделирование является одним из ключевых видов деятельности человека. Моделирование всегда предшествует любому делу в той или иной форме. Моделирование позволяет обоснованно принимать решения о том, как совершенствовать привычные объекты, надо ли создавать новые, как изменять процессы управления и , в конечном итоге, - как менять окружающий мир в лучшую сторону.

Когда мы беремся за какую-либо работу, то сначала мы четко представляем себе отправной пункт деятельности – протопит (объект ли процесс). Далее мы продумывает этапы работы (этапы моделирования), выполняем ее (моделируем) и принимаем решение. В результате мы получаем либо новый объект, либо улучшаем существующий, либо получаем о нем дополнительную информацию.

Поясняем на примерах.

Пример 1

Вспомним историю развития космической техники. Для реализации космического полета надо было решить две проблемы: преодолеть земное притяжение и обеспечить продвижение в безвоздушном пространстве. Эти проблемы начал рассматривать еще Ньютон в XVII веке, далее идут работы Э.К.Циолковского и закончил их С.П.Королев.

Ньютон говорил о возможности преодоления Земли.

К.Э.Циолковский предложил для продвижения в пространстве создать реактивный двигатель, в котором используется в качестве топлива смесь жидкого кислорода и водорода. Эта смесь при горении выделяет энергию, достаточную для движения ракеты. Циолковский составил достаточно точную словесную модель будущего космического корабля с чертежами, расчетами и обоснованиями.

Спустя полвека испытательная модель Э.К.Циолковского стала основной для реального моделирования в конструкторском бюро под руководством С.П.Королева. В процессе моделирования менялись состав топлива, форма ракеты, система управления полетом, система жизнеобеспечения космонавтов, приборы для научных исследований и т.д. в результате такого моделирования мощные ракеты вывели на околоземное пространство искусственные спутники земли и корабли с космонавтами на борту и космические станции.

Пример 2

Известный химик XVIII века Антуан Лавуазье изучал процесс горения. При этом он проводил многочисленные опыты с различными веществами, которые нагревал и взвешивал до и после опыта. В ходе опытов ученый зафиксировал, что некоторые вещества после нагревания становились тяжелее. Тогда он предложил, что к этим веществам в процессе нагревания что-то добавляется. И последующий анализ результатов привел к определению кислорода, к обобщению понятия «горение». Также процесс и результат моделирования дал исследованный в других областях науки, например в биологии, так как кислород оказался основным компонентом дыхания и энергообмена флоры и фауны.

Моделирование – творческий процесс и заключить его в формальные рамки практически невозможно. Но можно выделить основные моделирования. Все этапы определяются поставленной задачей и целями моделирования, поэтому какой-то этап может быть убран или усовершенствован, какой-то – добавлен.

    1. Этапы моделирования

Рассмотрим этапы моделирования.

Пояснение: попросим учащихся в тетради приготовить таблицу и заполнить ее в ходе изложения материала.


Этапы

Краткое описание

Пример

I. Постановка задачи

Описание задачи



Цель моделирования



Анализ объекта



II. Разработка модели

Информационная модель



Знаковая модель



Компьютерная модель



III.Компьютерный эксперимент

План моделирования



Технология моделирования



IV. Анализ результатов

I этап. Постановка задачи

Задача – это некоторая проблема. Которую необходимо решить.

Описание задачи

Проблема формулируется на обычном языке, и описание должно быть понятным. Главное – определить объекты моделировании и представить результат.

Все задачи по характеру постановки делятся на две группы:

Первая группа – задачи, в которых требуется исследовать изменение характеристик объекта в данном диапазоне с некоторым шагом или исследовать, как изменяется характеристики объекта при некотором воздействии на него. Постановка такой задачи звучит так: «Что будет, если?..»

Например:

«Что будет, увеличить плату за электроэнергию в два раза?»

«Как изменится скорость велосипедиста через 10 секунд, если он движется прямолинейно и равноускоренно с начальной скоростью 2 м/с и ускорением 0,5 м/с2

«В очереди стоит 3 человека. В течение следующих 5 минут подошли еще 6 человек. Далее очередь увеличилась на 4 человека каждые 5 минут. Проследить, каково будет обще количество человек в очереди через 15,30 и т.д. минут».

Вторая группа – задачи, в которых необходимо выяснить, какое надо произвести действие на объект, чтобы его параметры удовлетворяли некоторому задачному условию. Постановка такой задачи звучит так: «Как сделать, чтобы?...»

Например:

«Какой должна быть сила тяги, чтобы вывести космический аппарат на околоземную орбиту?»

«Какой должна быть скорость автомобиля при определенных начальных значениях времени пути и расстояния, чтобы он прибыл в пункт назначения вовремя?»

«Какими должен быть вес объекта, чтобы он плавал на поверхности воды?»

«Каким должен быть прожиточный минимум, чтобы человек мог жить достойно?»

Цель моделирования

Цель показывает, для чего необходимо создать модель. Цели моделирования менялись в ходе развития человеческого общества.

Несколько миллионов лет назад первобытные люди изучали окружающий мир, чтобы научиться противостоять природным стихиям, пользоваться природным стихиям, пользоваться природными ресурсами, выживать. Свой опыт они передавали последующим поколениям в виде моделей – устных описаний, словесных и материальных моделей. Такие модели позволяли понять, как устроен объект, узнать его свойства, законы развития и как он взаимодействует с окружающей средой. В этом случае цель моделирования заключилась в познании окружающего мира.

Накопив достаточно знаний. Человек стал рассуждать о возможности создания объектов с заданными свойствами для того, чтобы противодействовать стихиями или заставить природные явления служить себе. И он стал строить модели еще не существующих объектов. В результате родились идеи создания ветряных мельниц, различных механизмов и устройств. Некоторые из этих моделей стали реальностью. Это объекты, созданные руками человека. Таким образом, можно определить следующую цель моделирования – созданием объектов с заданными свойствами: «Как сделать, чтобы…»

И, наконец, рассуждая дальше, человек начал думать о том, какие могут быть последствия тех или иных воздействий на объект и как в этом случае принять правильное решение.

Например, постановка экономических, социальных и экологических проблем получила широкое распространение в современном обществе. Что будет, если увеличить плату за квартиру или плату за проезд? Что произойдет в результате экологической катастрофы? Каковы последствия «ядерной зимы»?

Нередко целью моделирования будет более эффективным, если будут удовлетворенны все стороны, участвующие в управлении. Например, как направить управление в школе, чтобы учителя и ученики чувствовали себя в ее стенах комфортно? Как организовать работу центров досуга, чтобы их посещали школьники и они не были убыточными?

Можно бесконечно рассматривать цели и перспективы моделирования и еще раз убедиться в том, что моделирование имеет огромное значение в формировании системно-информационной картины мира.

Анализ объекта

Анализ объекта подразумевает четкое выделение моделируемого объекта и его основных свойств. Это процесс называется системным анализом, и мы его рассматривали.

Вспомним, что такое системный анализ.

  • Что такое «система»?

  • Что такое «компоненты системы»?

  • Что такое «свойства компонентов»?

  • Какие существуют взаимосвязи между компонентами системы?

  • В чем заключается суть принципа эмерджентности?

Примеры 3

Системный анализ системы «самолет».

Компоненты системы: корпус, хвост, крылья и т.д.

Свойства компонентов: форма, размер и т.д.

Все компоненты системы связаны строго определенным образом. Связи можно изобразить в виде графа.

Суть принципа эмерджентности: компоненты системы в отдельности не обладают свойством полета. А система в целом может летать.

II. этап. Разработка модели

После того, как выполнен системный анализ объекта, можно приступить к построению его информационной модели. Информационные модели выстроили, поэтому просто вспомним, что это такое.

  • Что такое информационная модель?

  • Каким образом классифицируются информационные модели?

  • Каковы этапы создания информационной модели?

Одним из основных действий при построении информационной модели является сбор различной информации об объекте. В зависимости от того, с какой целью исследуется объект, какими средствами и знаниями обладает человек, будет получена разная по объему и содержанию информация.

Пример 4

Рассмотрим объект «растение» с точки зрения биолога, медика и ученика.

Биолог: сравнит растение с другими, известными ему; изучит корневую систему, стебель, клеточное растение, особенности почвы.

Медик: изучит химический состав с целью выявить полезные и вредные вещества растения для человека.

Ученик: зарисует внешний вид, запомнит запах, время, которое растение может простоять в воде, запомнит место обитания.

Пример 5

Рассмотрим объект «радуга» с точки зрения художника, физика и ученика.

Художник: обратит внимание на переходы между цветами.

Физик: объяснит это природное явление.

Ученик: поразится красотой и поделится впечатлениями.

Таким образом, и мы говорили об этом, один и тот же объект может иметь различные модели.

  • От чего это зависит?

Выбор наиболее существенной информации при создании информационной модели и ее сложность обусловлены целью моделирования. Построение информационной модели является отправным пунктом разработки модели.

Когда мы определились с объектом и содержанием данных, необходимым для построения информационной модели, а также определили все связи между компонентами объекта, можно представить информационную модель в знаковой форме.

Знаковые формы может быть компьютерной или некомпьютерной. Лишь простые и знакомые по содержанию задачи можно решать с помощью традиционных способов. Сегодня, когда компьютер стал основным инструментом исследователя, все предварительные наброски, формулы, чертежи и схемы составляются на нем с помощью различных программ.

При построении компьютерной модели необходимо правильно выбрать программную среду.

Если компьютер нужен вам как вспомогательное средство для реализации своих замыслов, то для моделирования можно использовать прикладное программное обеспечение – текстовые редакторы, графические редакторы и т.д.

Упражнение

Приведите примеры моделей, построенных вами на предыдущих уроках с использование прикладных программ.

Если программные средства, которые обрабатывают исходную информацию, получают и анализируют результат. Здесь компьютер выступает как интеллектуальный помощник. В этом случаи для моделирования можно использовать среду без данных, электронных таблиц или языки программирования.

Вывод: при моделировании на компьютере необходимо не обходимо иметь представление о классах программных средств, их назначении, инструментарии технологии работы. Тогда легко можно преобразовать знаковую информационную модель в компьютерную и провести эксперимент.

III этап. Компьютерный эксперимент.

После того, как модель создана, необходимо выяснить ее работоспособность или внедрить в производство. Для этого нужно произвести эксперимент.

До появления компьютеров все эксперименты проводились либо в лабораторных условиях, либо на настоящем образце изделия. При этом натуральные и лабораторные эксперименты требовали больших затрат средств и времени. Образцы изделий подвергались различным нагрузкам и нередко разрушались. Хорошо. Если это часы или пылесос. А если самолет или ракета?

С развитием вычислительной техники появился новый метод исследования – компьютерный эксперимент. Он основан на тестировании модели.

Тестирование – это процесс проверки правильности построения и функционирования модели.

Тест – это набор исходных данных, для которых результат известен заранее.

Чтобы быть уверенным в правильности полученных результатов моделирования, необходимо, чтобы тест соответствовал следующим параметрам:

    1. Тест всегда должен быть ориентирован на проверку разработанного алгоритма функционирования компьютерной модели. Тест не отражает смыслового содержания модели, но полученные результаты могут натолкнуть на мысль изменения исходной информационной или знаковой модели, где заложено смысловое содержание поставленной задачи.

    2. Исходные данные в тесте могут совершенно не отражать реальную ситуацию. Важно то, чтобы при конкретных исходных данных заранее знать ожидаемый результат.

Пример 6

Математическая модель представлена в виде сложных математических формул. Ее необходимо протестировать. Вы подбираете несколько вариантов исходных данных и просчитывайте результат сами. Далее вводите те же данные в компьютер и получаете результат компьютерного эксперимента. Если он не совпадает с вашим, то надо искать и устранять причину.

IV этап. Анализ результатов моделирования

Конечный этап моделирования – принятия решения. Этот этап решающий – либо вы заканчиваете исследование, либо продолжаете. Этап анализа результатов не может существовать автономно. Полученные выводы часто проводят к проведению дополнительных экспериментов или изменению модели.

Основой для принятия решения служат результаты тестирования. Если они не соответствуют целям поставленной задачи, значит, были допущены ошибки на предыдущих этапах. Причины могут быть разные. Ошибки необходимо выявить и исправить. Процесс продолжается до тех пор, пока результаты эксперимента не станут отвечать целям моделирования.

Главное, надо всегда помнить: выявленная ошибка – тоже результат.

  1. Закрепление изученного

Постройте модули следующих процессов, соблюдая, по возможности, основные этапы моделирования.

№1. Рассчитайте минимальное количество обоев и их стоимость, необходимое для оклейки жилой комнаты размером 4 х 4 х 2,5 метра. Рулон обоев имеет ширину 55 сантиметров и длину 10 метров.

№2. Постройте модель проведения дня рождения.

№3. постройте модель похода в кино.

  1. Итоги урока

Домашнее задание

Подготовиться к зачету по теме «Модели и моделирование».



Урок 7. зачет по теме: «Модели и моделирование»

Цели: контроль знаний, полученных в ходе изучения темы; контроль умений, приобретенных в ходе изучения темы.

Программно-дидактическое обеспечение: ПК, приложение Paint и WordPad, карточки с практическими заданиями.


Ход урока

  1. Постановка целей урока

    1. Разгадываем кроссворд.

    2. Строим информационную модель

  2. Контроль полученных знаний

    1. Разминка

Разгадывание кроссворда (см. «Контрольные и проверочные работы»).

Ответы:

По горизонтали:

1. объект, 2. формализация, 3 дерево, 4. материальные, 5. компьютер, 6. информационные.

По вертикал:

7. таблица, 8. граф, 9. моделирование, 10. схема, 11. модель.

  1. Контроль полученных умений и навыков

Итоговая практическая работа

Пояснение: в работе используется построение окружности внутри квадрата. Покажите учащимся выполнение этой операции.

Тема: «Информационные модели процессов построения геометрических фигур».

Цель моделирования: моделирование геометрических операций.

Формулировка задания: построение информационные модели, использовав любую форму ее построения и описав все основные этапы моделирования.


Ход работы

    1. Приготовьте отчетную таблицу:


Этапы моделирования

Описание этапа












    1. Продумайте все этапы моделирования.

    2. Средствами компьютера постройте информационную модель.

    3. Заполните отчетную таблицу.

Пояснение: тестирование модели проводит учитель по предложенному алгоритму, и после этого итоги теста вносятся учеником в отчетную таблицу.

    1. Результат покажите учителю.

Задания по моделированию (дифференцированы по степени сложности)

  1. Итоги урока

Домашнее задание

Подготовить сообщения по статьям компьютерных изданий.





Самые низкие цены на курсы переподготовки

Специально для учителей, воспитателей и других работников системы образования действуют 50% скидки при обучении на курсах профессиональной переподготовки.

После окончания обучения выдаётся диплом о профессиональной переподготовке установленного образца с присвоением квалификации (признаётся при прохождении аттестации по всей России).

Обучение проходит заочно прямо на сайте проекта "Инфоурок", но в дипломе форма обучения не указывается.

Начало обучения ближайшей группы: 18 октября. Оплата возможна в беспроцентную рассрочку (10% в начале обучения и 90% в конце обучения)!

Подайте заявку на интересующий Вас курс сейчас: https://infourok.ru

Краткое описание документа:

Материал представлен в виде планов конспектов уроков по теме моделирование и формализация. В материале рассматриваются такие понятия как модели и их классификация, объекты, процессы. Даются определения система, системный анализ, систематизация и тд. Для закрепления изученного материала предлагаются задания для самостоятельного выполнения, а также домашние задания. Изучив данный материал у  учащихся формируется представления о процессах моделирования и формализации. Данный материал может использоваться на уроках информатики и в качестве пособия для самостоятельного изучения. 

Общая информация

Номер материала: 53047040127

Похожие материалы