Урок информатики "Структурирование информации с использованием информационных моделей"

Урок 27. Структурирование информации с использованием информационных моделей

Класс: 10

Цели:

•       дать учащимся представление о структурировании инфор­мации с использованием табличной модели и графа;

•       развитие системного мышления, умений анализировать, сравнивать, систематизировать, обобщать.

Тип урока: комбинированный урок.

Учащиеся должны знать: понятия «информационная модель», «табличная модель», «граф».

Программное и методическое обеспечение урока: учебное пособие «Информатика, 10», § 8; презентация «Структурирование информации с использованием информационных моделей».

Методические рекомендации к уроку

1.            Проверка знаний предыдущего урока

Предложить учащимся ответить на вопросы:

1)  Что такое модель? Чем модель отличается от оригинала?

2)  Что включает в себя процесс моделирования?

3)  В чём разница между материальной и информационной моделью?

4)  Как можно классифицировать модели с учётом временного фактора?

5)  Как можно классифицировать информационные модели по способу представления?

6)  Какие существуют формы представления информацион­ных моделей?

7)  Могут ли информационные модели быть динамическими? Приведите примеры материальных и информационных динамических моделей.

Предложить учащимся привести примеры различных форм следующих информационных моделей: а) формула идеального газа; б) модель молекулы ДНК; п) описание рельефа или климата Беларуси.

2.            Актуализация знаний и мотивации учащихся на изу­чение нового материала.

Объект моделирования не всегда является про­стым предметом. Чаще всего это сложный объект, состоящий из взаимосвязанных частей и представляющий собой систему. Си­стема определяется не только составом своих частей, но и струк­турой — порядком и способом объединения этих частей в единое целое (т. е. можно сказать, что структура – внутренняя орга­низация системы). Структурирование информации – внесение определённой системы в формирование информации, изменение формы представления информации без изменения содержания. Примеры структурирования информации: упорядочение опреде­лённым образом, сортировка по каким-либо признакам, исполь­зование табличного или графического представления. Таким об­разом, структурирование информации можно рассматривать как процесс создания информационной модели в определённой форме, отражающей взаимосвязи и зависимости между параметрами объектов и/или частями системы.

Предложить учащимся привести примеры табличных ин­формационных моделей (табличное представление матема­тических функций, расписание уроков, классный журнал, дневник учащегося и т. д.) и отметить их преимущества (на­глядность, компактность, возможность быстрого анализа информации и т. д.). Далее предложить учащимся привести примеры информационных моделей, представленных в графи­ческой форме, в которых отражаются связи между объектами (блок-схемы алгоритмов, схемы транспортных маршрутов, классификация биологических видов, генеалогическое древо и т. д.) и отметить их преимущества (наглядность, визуализа­ция связей и зависимостей и т. д.).

Сформулировать учебную задачу: научиться структури­ровать информацию, используя информационные модели в форме таблиц и графов.

3. Объяснение нового материала

Рассмотрим структурирование информации с использованием информационных моделей разного типа.

Наибольшее распространение получили табличные модели, чему в немалой степени способствовала простота их реализации в электронных таблицах. Но необходимо помнить, что построение табличной модели целесообразно для описания объектов с одинаковыми наборами свойств.

В табличной модели названия или перечни однотипных объектов или свойств размешают в первой строке (или столбце) таблицы, а значения их свойств – в следующих строках (или столбцах) таблицы.

Столбцы с однотипными данными называют полями, а каждая строка представляет отдельную запись.

На конкретном примере (сводная ведомость успеваемости учащихся в классном журнале) показать структуру и прин­цип расположения данных в таблице, дать определение поля и записи.

Различают таблицы типа «объект – свойство» – когда в одной строке содержится информация об одном объекте или одном событии – и таблицы типа «объект – объект», которые отражают взаимосвязи между разными объектами.

Рассмотрим пример 1 § 8.

В таблице однотипные данные размещены в столбцах. В первую строку помещают названия столбцов (полей): Дата, Осадки, Температура.

Можно разместить названия в первом столбце, а однотипные данные группировать по строкам. В этом случае таблица будет выглядеть так:

Предложить учащимся опре­делить объекты, свойства объектов и значения.

(Для данного примера объектами являются дни, заданные датой, каждый из которых характеризуется определенными осадка­ми и температурой (свойства). )

Обратить внимание учащихся на то, что каждая строка таблицы содержит информацию об одном объекте. Пояснить, что подобные таблицы относятся к типу «объект — свойство».

Рассмотрим пример 2 § 8.

В данном случае и учащиеся, и учебные предме­ты являются объектами разных типов, а отметки отражают взаимосвязи между ними. Такие таблицы относятся к типу «объект — объект».

В случае, когда нужно показать наличие или отсутствие взаимосвязи между объектами, используется тип таблицы «двоичная матрица». Чтобы заполнить такую таблицу, достаточно двух цифр (0 — если объекты не связаны и 1 — если связь между объектами существует).

Предложить учащимся привести примеры объектов моделирования, которые удобно представить и форме таблиц типа «объект — свойство», «объект — объект», «двоичная матрица».

Для наглядного представления состава и структуры данных используют графы.

Граф – это информация о структуре моделируемого объекта (системы), представленной в графической форме.

Моделируемые объекты представляют как вершины (или узлы) графа, а связи между объектами — как дуги (или ребра) графа. Получают чертеж, который задает множество вершин и множество линий (связей), соединяющих некоторые пары вершин. вершины графа — это объекты (или части системы), а рёбра — это связи (отношения) между ними

Связи между объектами называются отношениями. Симметричная связь обозначается отрезком, а несимметричная — стрелкой. В ненаправленном графе связи симметричны. В виде такого графа можно представить модель дорог, связывающих населенные пункты:

В ориентированном графе отношения между объектами (связи) несимметричны, например: начальник " подчиненный, отец " сын, бабушка " внучка:

Задание 1. Нарисовать в виде графа систему взаимоотношений группы одноклассников (являются друзьями А и Б, А и В, Б и Г, А и Г).

Следует отметить, что в данном графе связь «являются друзьями» — симметрич­ная; т.е. это неориентированный граф.

Теперь для этих же объектов изменить вид связи (желают дружить: АсБ, БсАиГ, ВсБиГ, ГсВи А).

Обсудить построенный граф и отметить, что несимметричные связи обозначаются направленными линиями со стрелками (дугами), а граф с такими свойствами называется ориентиро­ванным.

Система, объекты которой находятся друг с другом в отношении вложенности или подчиненности, называется иерархической. Иерархическая модель наглядно представляется графом, в котором вершины верхнего уровня связаны с вершинами нижнего уровня как «один ко многим». Примерами иерархических моделей являются графические представления разнообразных классификаций (животных, растений, типов информационных моделей

,

размещение файлов и папок на жестком диске компьютера и т. п.

Информационная модель, объекты которой (вершины графа различных уровней) связаны между собой по принципу «многие ко многим», называется сетевой.

Примерами сетевых моделей могут служить различные сети (компьютеров, магазинов), глобальная сеть Интернет.

С помощью информационных моделей можно представлять знания.

Семантическая модель — модель знаний в форме графа, в основе которой лежит идея о том, что любые знания можно представить в виде совокупности объектов (понятий) и связей (отношений) между ними. В качестве примера представим в виде графа связи в предложении «Стаіць мая хата між хвой кучаравых»

Рассматривая пример семантической модели знаний, стоит отметить, что формализованные модели знаний в различных предметных областях, хранящиеся в памяти компьютера, лежат в основе создания систем искусственного интеллекта.

На данном этапе урока выслушать и обсудить выступления учащихся, подготовивших сообщения по теме «Модели знаний в системах искусственного интеллекта».

4.    Закрепление нового материала.

Предложить учащимся выполнить упражнения 1 и 2 § 8 (стр. 57).

Обратить внимание на необходимость следования предложенному на уроке алгоритму структурирования информации.

5.            Подведение итогов урока.

Обсудить результаты выполнения заданий, выставить отметки. Повторить основные понятия, изученные на уроке: структура, структурирование информации, табличная модель, типы таблиц, иерархическая и сетевая информационные модели, графы: деревья и сети, семантическая модель знаний; обсудить преимущества струк­турированной информации.

6.            Домашнее задание. Изучить материал § 8, ответить на вопросы 1—2.