Зачем нужно компьютерное информационное моделирование современному человеку
Из истории Гибель корабля В 1870 г. английское Адмиралтейство спустило на воду новый броненосец “Кэптен”. Корабль вышел в море и перевернулся. Потерпев крушение он унёс с собой 523 жизни. Это было совершенно неожиданно для всех. Для всех, кроме одного человека. Им был английский ученый-кораблестроитель Эдвард Рид, который предварительно провел исследования на модели броненосца и установил, что корабль опрокинется даже при небольшом волнении. Но ученому, проделывающему какие-то несерьезные опыты с “игрушкой”, не поверили. И случилось непоправимое…
Почему в то время ученому Эдварду Риду не поверили? Эдвард Рид 1830-1906 год
С понятием «модель» мы сталкиваемся с детства Игрушечный автомобиль, самолет или кораблик для многих были любимыми игрушками равно как и плюшевый медвежонок или кукла. Дети часто моделируют (играют в кубики, обыкновенная палка им заменяет коня и т.д.).
Модели и моделирование используются человечеством давно С помощью моделей и модельных отношений развились разговорные языки, письменность, графика. Наскальные изображения наших предков, затем картины и книги - это модельные, информационные формы передачи знаний об окружающем мире последующим поколениям.
Зачем нужны навыки моделирования современному взрослому человеку? Они помогут разумно планировать свой распорядок дня, учебу, труд, выбирать оптимальные варианты при наличии выбора, разрешать удачно различные жизненные ситуации.
Примеры моделей Архитектор готовится построить дом необычной формы. Но прежде чем воздвигнуть его, он сооружает это здание из кубиков на столе, чтобы посмотреть, как оно будет выглядеть. Это модель.
Примеры моделей Перед тем как запустить в производство новый самолет, его помещают в аэродинамическую трубу и с помощью соответствующих датчиков определяют величины напряжений, возникающих в различных местах конструкции. Это модель.
Примеры моделей На стене висит картина, изображающая яблоневый сад в цвету. Это модель.
Тема урока Компьютерное информационное моделирование.
Компьютерная модель – неоценимый и бесспорный помощник инженеров и учёных.
Моделирование в архитектуре Владимиру Григорьевичу Шухову (1853-1939). Шаболовская радиобашня в Москве построена по проекту В.Г. Шухова. Она состоит из нескольких поставленных друг на друга частей однополостных гиперболоидов.
Компьютерные математические модели
Компьютерная модель мозга В политехническом институте швейцарского города Лозанна стартует проект Human Brain Project, в рамках которого к 2023-му году с помощью еще 13 европейских центров будет создан самый крупный компьютерный аналог человеческого мозга. Имея компьютерную модель человеческого мозга, учёные и врачи смогут точнее понимать все процессы, проходящие в человеческой голове, быстрее найти новые лекарства, новые пути лечения болезней мозга и спасти много человеческих жизней.
Что же такое модель? Какие типы моделей можно выделить?
Процесс построения модели называется моделированием
Э Т А П I. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ОПИСАНИЕ ЗАДАЧИ ЦЕЛЬ МОДЕЛИРОВАНИЯ АНАЛИЗ ОБЪЕКТА Э Т А П II. РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ ИНФОРМАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ ЗНАКОВАЯ МОДЕЛЬ КОМПЬЮТЕРНАЯ МОДЕЛЬ Э Т А П III. ЭКСПЕРИМЕНТ ПЛАН МОДЕЛИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ Э Т А П IV. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ РЕЗУЛЬТАТЫ СООТВЕТСТВУЮТ ЦЕЛИ РЕЗУЛЬТАТЫ НЕ СООТВЕТСТВУЮТ ЦЕЛИ Этапы моделирования
Задача нашего урока – создать модель. Как вы думаете, что самое трудное в жизни человека?
Можно ли определить свои возможности на каждый день?
Стоит начинать какое-либо дело, вести переговоры, решать сложные проблемы, достичь высоких спортивных результатов? Отчего зависят наши возможности? Кто сегодня пришел в школу в приподнятом настроении? А кто пришел в школу в подавленном настроении? - Как вы думаете, почему в некоторые дни у вас все валится из рук, ничего не хочется, ничего не получается, а в другие – вы готовы свернуть горы, ощущаете подъем жизненных сил, у вас все идет как по маслу. - А вы замечали, что такое состояние повторяется через определенный промежуток времени и порой при этом в организме не происходит никаких видимых изменений? - Может, кто-нибудь знает, как называется чередование подъема и спада жизненных сил человека? - Можно ли прогнозировать благоприятные дни и предупреждать о неблагоприятных?
Есть наука – хронобиология, которая занимается изучением биологических процессов, происходящих в живом организме, в различные отрезки времени. Оказывается, специалисты насчитывают до 100 биоритмов, влияющих на работоспособность и самочувствие человека. Но существует теория, что наша жизнь всё-таки подчиняется основным трем биоритмам: физическому, эмоциональному и интеллектуальному.
ОСНОВОПОЛОЖНИКИ теории «трех биоритмов» Герман Свобода, Вильгельм Флисс, открывшие эмоциональный и физический биоритмы Фридрих Тельчер - исследовавший интеллектуальный ритм.
Биоритмы человека Любой из циклов состоит из двух полупериодов, положительного и отрицательного. Пусковой механизм – момент рождения человека. Физический биоритм (23 дня) характеризует жизненные силы человека. Эмоциональный биоритм (28 дней) характеризует внутренний настрой человека, его возбудимость, способность эмоционального восприятия окружающего Интеллектуальный биоритм (33 дня) характеризует мыслительные способности, интеллектуальное состояние человека.
Тест Оцените свое физическое состояние, настроение и умственные способности на сегодняшний день.
Физическое Эмоциональное Интеллектуальное Если сегодня вы энергичны, хотите заняться спортом, любыми делами, требующими физического напряжения Если сегодня вы оптимистичны, уверены в своих силах и возможностях, если у вас ну очень хорошее настроение Если сегодня у вас повышенный творческий настрой, мозг легко принимает и перерабатывает новую информацию Если вы наблюдаете спад физической активности и выносливости, если тонус организма снижен, если энергичность уступает ленивости Если у вас апатия, пессимистическое отношение к окружающему миру, вы раздражительны, все критически анализируете Если у вас упадок творческого настроения и мыслительных способностей Если ваш физический тонус между подъемом и спадом Если ваше эмоциональное настроение где-то между подъемом и спадом Если ваше интеллектуальное настроение где-то между подъемом и спадом
Цель моделирования: На основе индивидуальных биоритмов прогнозировать неблагоприятные дни, выбирать благоприятные дни для разного рода деятельности
Разработка модели Этап первый Описательная модель Объект Параметры Человек Неуправляемые Управляемые Период физического цикла: 23 дня. Период эмоционального цикла: 28 дней. Период интеллектуального цикла: 33 дня. Дата рождения День отсчета Период исследования
Разработка модели Этап второй Формализация модели Физический цикл Rф(х) = sin (2*π*(день отсчета - день рождения)/23) Эмоциональный цикл Rэ(х) = sin (2*π*(день отсчета - день рождения)/28) Интеллектуальный цикл Rи(х) = sin (2*π*(день отсчета - день рождения)/33)
Этап третий Компьютерная модель А В С D 1 БИОРИТМЫ 2 Фамилия 3 Исходные данные 4 Дата рождения 5 Дата отсчета 11.12.12 6 Длительность прогноза 7 Результаты 8 Порядковый день Физическое Эмоциональное Интеллектуальное 9 =$B$5 =SIN(2*ПИ()*(A9-$B$4)/23) =SIN(2*ПИ()*(A9-$B$4)/28) =SIN(2*ПИ()*(A9-$B$4)/33) 10 =A9+1 Заполнить вниз 11 Заполнить вниз
Этап четвертый Исследование модели По результатам расчетов построить общую диаграмму для трех биоритмов; Исследовать показания своих биоритмов (благоприятные и неблагоприятные дни для различных видов деятельности).
Анализ результатов моделирования Выбрать “неблагоприятные” дни для сдачи зачета по геометрии (в марте). Выбрать дни, когда ответы на уроках будут наиболее (наименее) удачными. Проверьте свое настроение, когда на вашем графике показатели эмоционального биоритма находятся на спаде или на подъеме. Сравните результаты теста , где Вы оценивали свое состояние в начале урока, с результатами, которые получены в результате построения модели.
Подведем итоги Что нужно сделать: Если западает физический цикл? Если западает эмоциональный цикл? 3) Если идет спад интеллектуального цикла?
Можно ли определить свои возможности на каждый день?
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока "Компьютерное информационное моделирование"
Сегодня на уроке мы с вами переходим к следующему разделу «Информационное моделирование». Понятие модель относится к основным общенаучным понятиям, а моделирование – это метод изучения окружающего мира, используемый различными науками.
Модели играют важную роль в проектировании и создании различных технических устройств, машин, механизмов, зданий. Кроме чертежей, без которых невозможно изготовить даже простую деталь, часто создаются макеты проектируемых объектов.
Развитие науки основывается на создании и использовании теоретических моделей. К ним относятся: теория, законы, гипотезы, которые иногда могут в корне изменить представление человечества об окружающем мире. Например, это сделала теория относительности Эйнштейна.
Произведения литературы и искусства можно рассматривать как модели, в художественной форме, отражающей реальную действительность.
Также без моделей не обойтись и в образовании. Они крайне необходимы для изучения объектов, процессов и явлений окружающего мира.
Например, на уроках географии вы работаете с картами, которые являются моделями земной поверхности на плоскости. Или модель кристаллической решётки каменной соли, используемая на уроках химии. На уроках физики не обойтись без моделей – это и модель двигателя внутреннего сгорания, и модель идеального газа и много других моделей.
Сегодня на уроке мы с вами узнаем:
· Что такое модель.
· Какова роль информатики в информационном моделировании.
· В чём преимущество компьютерных информационных моделей перед теоретическими.
Под моделью понимается некоторый материальный либо мысленно представляемый объект или явление. Эти объекты или явления используют вместо другого объекта (оригинала). Модель повторяет существенные для целей конкретного моделирования свойства оригинала, опуская несущественные свойства.
Модели могут быть разделены на два больших класса: материальные и информационные.
Материальная (предметная) модель воспроизводит геометрические, физические, химические, биологические свойства объектов в материальной форме.
С материальными моделями вы встречаетесь с самого раннего детства. Это игрушки: куклы и машинки, собачки и самолёты – всё это материальные модели реальных людей, транспортных средств, животных.
Ещё примерами материальных моделей являются: глобус, макет застройки микрорайона, чучело животного.
Предметом изучения информатики являются информационные модели.
Информационная модель — это совокупность информации, описывающая существенные свойства и состояния объекта, процесса, явления.
Информационные модели нельзя потрогать, они не имеют материального воплощения, потому что строятся только на информации.
В то же время, рассматривая любую информационную модель, мы связываем её с определённым носителем информации (бумагой, видеоплёнкой, диском, флешкой и прочими).
Объектом информационного моделирования может быть всё что угодно. Это могут быть:
· отдельные предметы, например, диван или мобильный телефон;
· физические, химические, биологические процессы, например, горение дров, процесс переработки нефти или рост растений;
· экономические и социальные процессы, например, процессы международного соперничества или эволюция человека.
Таким образом, можно сделать вывод, что информационным моделированием занимается любая наука. Задача любой науки – это получение знаний. Все наши знания о реальности всегда носят приближённый, то есть модельный, характер. С развитием науки эти знания уточняются, углубляются, но всё равно остаются приближенными. Старые модели заменяются на новые, более точные, и этот процесс бесконечен.
География создаёт модели географических объектов, биология — биологических, физика — физических и так далее.
Информатика занимается общими методами и средствами создания и использования информационных моделей.
Появление компьютера обеспечило компьютерную реализацию информационных моделей, которая предполагает проведение вычислительного эксперимента и осуществление прогнозирования.
Компьютерные модели незаменимы в тех случаях, когда реальные эксперименты невозможны или затруднены из-за финансовых или физических препятствий (например, в атомной и ядерной физике, астрофизике).
Логичность и отображение результатов в точных понятиях и утверждениях компьютерных моделей дают возможность раскрыть основные свойства изучаемого объекта. Скажем, исследовать отклик моделируемой системы на изменения её параметров и начальных условий. Современные компьютеры позволяют строить весьма сложные модели, достаточно полно отражающие реальные объекты или процессы.
Рассмотрим основные этапы компьютерного моделирования на примере. Нужно выяснить, через сколько дней больной выздоровеет, то есть концентрация болезнетворных бактерий в его крови уменьшится с начального значения, которое вводится с клавиатуры, до 12 единиц, если в результате применения лекарства концентрация бактерий ежедневно уменьшается на 20 процентов по сравнению с предыдущим днём?
Первый этап. Постановка задачи: описание объекта и определение цели моделирования.
По характеру постановки все задачи можно разделить на две основные группы.
К первой группе относятся задачи, в которых требуется исследовать, как изменяются характеристики объекта при некотором воздействии на него.
В таких задачах можно поставить вопрос: Что произойдёт, если…?
В задачах другой группы требуется определить, как нужно воздействовать на объект, чтобы его параметры удовлетворяли некоторому заданному условию. Здесь вопрос может звучать так: Как сделать, чтобы …?
Определение цели моделирования позволяет установить, какие данные являются исходными, что ожидается получить в результате и какими свойствами объекта можно пренебречь.
Для нашей задачи объектом моделирования является концентрация болезнетворных бактерий в крови больного. Наша цель — сделать прогноз, через сколько дней эта концентрация уменьшится до 12 единиц.
Второй этап. Разработка плана создания модели. Выделение свойств объекта, существенных для данной задачи, и отбрасывание второстепенных. Выбор формы представления модели (это может быть, например, таблица) и необходимого инструментария (например, системы программирования).
Следует отметить, что иногда для достижения цели моделирования к данному этапу приходится возвращаться не раз и уточнять необходимые свойства объекта, так как существенные свойства не всегда могут быть очевидны.
От выбранной формы представления зависит точность результата и степень соответствия модели объекту.
В нашей задаче будем учитывать только изменение концентрации и пренебрегать остальными свойствами объекта, например, влиянием на кровь температуры больного или рациона его питания.
В качестве формы представления модели выберем числовую форму, а в качестве инструментария реализации этой модели — систему программирования Pascal ABC.
Третий этап. Создание модели: формализация, т. е. переход к математической модели; создание алгоритма и написание программы.
Создание компьютерной модели начнём с построения математической модели изучаемого явления.
Поскольку каждый день концентрация бактерий уменьшается на р равное 20 процентов по сравнению с концентрацией с предыдущего дня, т. е. на с умноженное на р и делённое на сто (с • р / 100), то её можно выразить формулой: с минус с умноженное на р и делённое на сто (с — с • р / 100).
Теперь составим алгоритм решения.
Будем хранить значение концентрации в любой день в переменной c, процент ежедневного уменьшения и безопасное значение в переменных p и cb, количество дней — в переменной t. Переменные c и cb имеют тип real, а процент p и количество дней t — тип integer.
Начальное значение концентрации будем вводить с клавиатуры (в переменную c). Вычисления будут повторяться в цикле while, пока выполняется условие c больше cb, т. е. пока не будет достигнута безопасная концентрация. В результате получим целое число дней.
Реализация этого алгоритма, т. е. программа на языке программирования Паскаль, может выглядеть так:
Четвёртый этап. Анализ модели на соответствие объекту-оригиналу.
Протестируем модель. Будем вводить различные начальные значения концентрации бактерий.
Результат работы программы может выглядеть так:
Если начальная концентрация болезнетворных бактерий 50, то время, необходимое на выздоровление равно 7 дням.
Если начальная концентрация болезнетворных бактерий 80, то время, необходимое на выздоровление равно 9 дням.
Программа демонстрирует что, чем больше концентрация в крови болезнетворных бактерий, тем большее количество дней необходимо для выздоровления больного. И это соответствует действительности.
Мы рассмотрели пример простейшей модели. Полученные в процессе выполнения программы результаты представляются достоверными.
При анализе более сложной модели необходимо выполнять проверку достоверности результатов. Так, для рассмотренного примера рекомендуется проверять, как изменяется концентрация бактерий, например, через каждый час.
Полезно использовать графические формы представления результатов (графики зависимостей, диаграммы).
Если результаты компьютерного эксперимента не соответствуют целям поставленной задачи, значит на предыдущих этапах были допущены ошибки. Выявление ошибок и уточнение модели осуществляется до тех пор, пока результаты не будут удовлетворять цели моделирования. Затем их можно будет использовать для принятия решений.
А сейчас давайте вспомним всё, что мы изучили сегодня на уроке:
Модель — это объект-заменитель, который в определённых условиях может заменять объект-оригинал. Модель воспроизводит интересующие нас свойства и характеристики оригинала.
Информатика занимается общими методами и средствами создания и использования информационных моделей.
Основные этапы компьютерного моделирования:
Первый этап. Постановка задачи: описание объекта и определение цели моделирования.
Второй этап. Разработка плана создания модели. Выделение свойств объекта, существенных для данной задачи, и отбрасывание второстепенных. Выбор формы представления модели (это может быть, например, таблица) и необходимого инструментария (например, системы программирования).
Третий этап. Создание модели: формализация, т. е. переход к математической модели; создание алгоритма и написание программы.
Моделирование – метод познания окружающего мира, состоящий в создании и исследовании моделей реальных объектов.
Модель отражает только часть свойств, отношений и особенностей поведения оригинала.
Информационные модели - описание объекта-оригинала на языках кодирования информации.
Информационная модель - набор признаков, содержащий всю необходимую информацию об исследуемом объекте.
Знаковые информационные модели строятся с использованием различных языков (знаковых систем).
С точки зрения информатики, решение любой производственной или научной задачи описывается следующей технологической цепочкой: «реальный объект - модель - алгоритм - программа - результаты - реальный объект». В этой цепочке очень важную роль играет звено «модель», как необходимый, обязательный этап решения этой задачи. Под моделью при этом понимается некоторый мысленный образ реального объекта (системы), отражающий существенные свойства объекта и заменяющий его в процессе решения задачи.
Виды моделей.
Различают четыре основных вида модельных представлений:
1. Графические представления.
2. Словесные описания.
3. Информационно-логические модели.
4. Математические (количественные) модели.
Моделирование в информатике – это составление образа какого-либо реально существующего объекта, который отражает все существенные признаки и свойства. Модель для решения задачи необходима, так как она, собственно, и используется в процессе решения.
В школьном курсе информатики тема моделирования начинает изучаться еще в шестом классе. В самом начале детей необходимо познакомить с понятием модели. Что это такое?
- Упрощенное подобие объекта;
- Уменьшенная копия реального объекта;
- Схема явления или процесса;
- Изображение явления или процесса;
- Описание явления или процесса;
- Физический аналог объекта;
- Информационный аналог;
- Объект-заменитель, отражающий свойства реального объекта и так далее.
- Упрощенное подобие объекта;
- Уменьшенная копия реального объекта;
- Схема явления или процесса;
- Изображение явления или процесса;
- Описание явления или процесса;
- Физический аналог объекта;
- Информационный аналог;
- Объект-заменитель, отражающий свойства реального объекта и так далее.
- мышлением;
- воображением;
- восприятием.
- выявление последствий какого-либо процесса (увеличения стоимости проезда или утилизации химических отходов под землей);
- обеспечение эффективности принимаемых решений.
- протокол;
- правила дорожного движения;
- информация в учебной литературе;
- художественная литература;
- устное или письменное описание какого-либо предмета, процесса или явления.
- свойства моделируемого объекта;
- его состояние;
- связи с окружающим миром;
- отношения с внешними объектами.
- словесное описание;
- текст;
- рисунок;
- таблица;
- схема;
- чертеж;
- формула и так далее.
- учебные;
- опытные;
- имитационные;
- игровые;
- научно-технические.
- биологические (например, искусственно вызванные у животных болезни, генетические нарушения, злокачественные новообразования); поведения фирмы, модель формирования рыночной цены и так далее);
- исторические (генеалогическое дерево, модели исторических событий, модель римского войска и тому подобное);
- социологические (модель личного интереса, поведение банкиров при адаптации к новым экономическим условиям) и так далее.
- набор формул, отражающих движение планет Солнечной системы;
- график изменения температуры воздуха;
- видеозапись извержения вулкана и так далее.
- перечень планет Солнечной системы;
- карта местности и так далее.
- содержательная постановка задачи;
- математическая постановка задачи;
- разработки с использованием ЭВМ;
- эксплуатация модели;
- получение результата.
- один к одному (обозначается такая связь односторонней стрелкой в одну или в другую сторону);
- один ко многим (множественная связь обозначается двойной стрелкой);
- многие ко многим (такая связь обозначается двойной стрелкой).
Модель – это очень широкое понятие, как это уже стало ясно из вышеперечисленного. Важно отметить, что все модели принято делить на группы:
В данной работе мы предлагаем как можно подробно разобрать тему моделирования в информатике. Этот раздел имеет большое значение для подготовки будущих специалистов в сфере информационных технологий.
Для решения любой задачи (производственной или научной) информатика использует следующую цепочку:
В ней стоит уделить особое внимание понятию «модель». Без наличия данного звена решение задачи не будет возможным. Зачем же используется модель и что под данным термином понимается? Об этом мы и поговорим в следующем разделе.
Модель
Моделирование в информатике – это составление образа какого-либо реально существующего объекта, который отражает все существенные признаки и свойства. Модель для решения задачи необходима, так как она, собственно, и используется в процессе решения.
В школьном курсе информатики тема моделирования начинает изучаться еще в шестом классе. В самом начале детей необходимо познакомить с понятием модели. Что это такое?
Модель – это очень широкое понятие, как это уже стало ясно из вышеперечисленного. Важно отметить, что все модели принято делить на группы:
Под материальной моделью понимают предмет, основанный на реально существующем объекте. Это может быть какое-либо тело или процесс. Данную группу принято подразделять еще на два вида:
Такая классификация носит условный характер, ведь четкую границу между двумя этими подвидами провести очень трудно.
Идеальную модель охарактеризовать еще труднее. Она связаны с:
К ней можно отнести произведения искусства (театр, живопись, литература и так далее).
Цели моделирования
Моделирование в информатике – это очень важный этап, так как он преследует массу целей. Сейчас предлагаем с ними познакомиться.
В первую очередь моделирование помогает познать окружающий нас мир. Испокон веков люди накапливали полученные знания и передавали их своим потомкам. Таким образом появилась модель нашей планеты (глобус).
В прошлые века осуществлялось моделирование несуществующих объектов, которые сейчас прочно закрепились в нашей жизни (зонт, мельница и так далее). В настоящее время моделирование направлено на:
Задачи моделирования
Мы упомянули в статье, что такое моделирование в информатике. Этот процесс имеет некоторые задачи, о которых мы поговорим в данном разделе.
Эти задачи ставят перед нами следующий вопрос: «Что будет, если мы выберем именно это решение из возможного множества?». При этом стоит обратить внимание на то, что прямая задача дает нам исходные данные, конкретные условия.
Обратные задачи ставят перед нами немного другие вопросы: "Как максимизировать критерий эффективности? Какое решение из возможных удовлетворяет данному условию?"
Вербальная модель
Какие существуют методы моделирования? Информатика использует всего два метода – информационный и математический. Но важно упомянуть и еще один вид модели – вербальный. О нем мы сейчас поговорим немного подробнее.
Вербальная модель относится к категории идеальных или абстрактных. Это описание при помощи букв, слов, предложений. К таковым моделям относятся:
Математическая модель
Какие еще виды моделей изучаются в информатике? Информационное моделирование и математическое (алгоритмическое) принято разделять. Хотя, как говорилось уже ранее, границы между вербальными, математическими и информационными моделями весьма условны.
Если говорить простым языком, то математическая модель описывает любую ситуацию с математической точки зрения. Не замечая для себя, мы занимаемся математическим моделированием ежедневно. Например: мама отправляет ребенка за хлебом и молоком. Она знает сколько стоят данные продукты в магазине, расположенном рядом с домом. Теперь необходимо посчитать сколько денег дать ребенку. Предположим, молоко стоит 75 рублей и 50 копеек, а хлеб – 30 рублей 20 копеек. Вся покупка обойдется в 105 рублей, 70 копеек (75,5+30,2). Это и есть пример математической модели.
Информационная модель
Теперь поговорим еще об одном виде моделей, изучаемых в школьном курсе информатики. Компьютерное моделирование, которое необходимо освоить каждому будущему IT-специалисту, включает в себя процесс реализации информационной модели при помощи компьютерных средств. Но что это такое, информационная модель?
Она представляет собой целый перечень информации о каком-либо объекте. Что данная модель описывает, и какую полезную информацию несет:
Что может служить информационной моделью:
Отличительная особенность информационной модели заключается в том, что ее нельзя потрогать, попробовать на вкус и так далее. Она не несет материального воплощения, так как представлена в виде информации.
Системный подход к созданию модели
В каком классе школьной программы изучается моделирование? Информатика 9 класса знакомит учеников с данной темой более подробно. Именно в этом классе ребенок узнает о системном подходе моделирования. Предлагаем об этом поговорить немного подробнее.
Начнем с понятия «система». Это группа взаимосвязанных между собой элементов, которые действуют совместно для выполнения поставленной задачи. Для построения модели часто пользуются системным подходом, так как объект рассматривается как система, функционирующая в некоторой среде. Если моделируется какой-либо сложный объект, то систему принято разбивать на более мелкие части – подсистемы.
Цель использования
Сейчас мы рассмотрим цели моделирования (информатика 11 класс). Ранее говорилось, что все модели делятся на некоторые виды и классы, но границы между ними условны. Есть несколько признаков, по которым принято классифицировать модели: цель, область знаний, фактор времени, способ представления.
Что касается целей, то принято выделять следующие виды:
К первому виду относятся учебные материалы. Ко второму уменьшенные или увеличенные копии реальных объектов (модель сооружения, крыла самолета и так далее). Имитационная модель позволяет предугадать исход какого-либо события. Имитационное моделирование часто применяется в медицине и социальной сфере. Наример, модель помогает понять, как люди отреагируют на ту или иную реформу? Прежде чем сделать серьезную операцию человеку по пересадке органа, было проведено множество опытов. Другими словами, имитационная модель позволяет решить проблему методом «проб и ошибок». Игровая модель – это своего рода экономическая, деловая или военная игра. С помощью данной модели можно предугадать поведение объекта в разных ситуациях. Научно-техническую модель используют для изучения какого-либо процесса или явления (прибор имитирующий грозовой разряд, модель движения планет Солнечной системы и так далее).
Область знаний
В каком классе учеников более подробно знакомят с моделированием? Информатика 9 класса делает упор на подготовку своих учеников к экзаменам для поступления в высшие учебные заведения. Так как в билетах ЕГЭ и ГИА встречаются вопросы по моделированию, то сейчас необходимо как можно подробнее рассмотреть эту тему. И так, как происходит классификация по области знаний? По данному признаку выделяют следующие виды:
Фактор времени
По данной характеристике различают два вида моделей:
Уже, судя по одному названию, не трудно догадаться, что первый вид отражает функционирование, развитие и изменение какого-либо объекта во времени. Статическая наоборот способна описать объект в какой-то конкретный момент времени. Этот вид иногда называют структурным, так как модель отражает строение и параметры объекта, то есть дает срез информации о нем.
Примерами статистической модели служат:
Способ представления
Для начала очень важно сказать, что все модели имеют вид и форму, они всегда из чего-то делаются, как-то представляются или описываются. По данному признаку принято классифицировать модели таким образом:
К первому виду относятся материальные копии существующих объектов. Их можно потрогать, понюхать и так далее. Они отражают внешние или внутренние свойства, действия какого-либо объекта. Для чего нужны материальные модели? Они используются для экспериментального метода познания (опытного метода).
К нематериальным моделям мы уже тоже обращались ранее. Они используют теоретический метод познания. Такие модели принято называть идеальными либо абстрактными. Эта категория делится еще на несколько подвидов: воображаемые модели и информационные.
Информационные модели приводят перечень различной информации об объекте. В качестве информационной модели могут выступать таблицы, рисунки, словесные описания, схемы и так далее. Почему данную модель называют нематериальной? Все дело в том, что ее нельзя потрогать, так как она не имеет материального воплощения. Среди информационных моделей различают знаковые и наглядные.
Воображаемая модель – это один из этапов моделирования. Это творческий процесс, проходящий в воображении человека, который предшествует созданию материального объекта.
Этапы моделирования
Тема по информатике 9 класса «Моделирование и формализация» имеет большой вес. Она обязательна к изучению. В 9-11 классе преподаватель обязан познакомить учеников с этапами создания моделей. Этим мы сейчас и займемся. Итак, выделяют следующие этапы моделирования:
Важно отметить, что при изучении всего, что окружает нас, используется процессы моделирования, формализации. Информатика – это предмет, посвященный современным методам изучения и решения каких-либо проблем. Следовательно, упор делается на модели, которые можно реализовать при помощи ЭВМ. Особое внимание в этой теме следует уделить пункту разработки алгоритма решения при помощи электронно-вычислительных машин.
Связи между объектами
Теперь поговорим немного о связях между объектами. Всего выделяют три вида:
Важно отметить, что связи могут быть условными и безусловными. Безусловная связь предполагает использование каждого экземпляра объекта. А в условной задействованы только отдельные элементы.
Читайте также: