Что такое натурная материальная модель в информатике
Моделирование как метод познания
Урок 1. Информатика 9 класс ФГОС
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 «Моделирование как метод познания»
· Что такое моделирование, модель, прототип?
· С какой целью создаются модели?
· Как строить информационные модели?
Человеческое общество развивается благодаря открытиям, исследованиям, экспериментам. Но не все исследования можно проводить на объекте-оригинале, так как он может быть слишком велик (например Земля) или мал (например атом), или это может быть опасно для окружающих (например химический эксперимент) и так далее. Для изучения каких-либо объектов используется такой метод познания как моделирование. Моделирование – это метод построения моделей, предназначенных для изучения и исследования объектов, процессов или явлений. Таким образом, мы пришли к понятию «модель». Модель – это новый упрощённый объект, который отражает существенные особенности реального объекта, процесса или явления.
Примеры моделей встречаются повсюду. Например скелет человека на уроках биологии, модель автобуса и так далее. Необходимо запомнить: Прототип или оригинал – это исходный объект. Модель не является точной копией объекта-оригинала: она отражает его существенные признаки с точки зрения цели моделирования.
Для того чтобы использовать ту или иную модель, необходимо, чтобы она имела все нужные свойства, отвечающие цели моделирования. Следует заметить, что нельзя отразить в модели все признаки объекта-оригинала. В первую очередь, необходимо обращать внимание с какой целью создаётся та или иная модель. Например, если вид транспортного средства (автобус или автомобиль) создаётся для коллекции, то в модели следует отобразить лишь внешний вид.
От цели моделирования зависят требования к модели: какие именно признаки объекта-оригинала она должна включать в себя. Например, модель дома. Если она создаётся для коллекции, то в ней будет отображаться только общий вид, а если же для того, чтобы на основе этой модели создать реальный объект для проживания, то в ней будет отображено большее количество признаков.
Рассмотрим способы отражения в модели признаков оригинала:
Первый: Копирование и воспроизведение признаков объекта-оригинала. Эта модель называется натурной или материальной. Итак, натурная (материальная) модель – это уменьшенная или увеличенная копия, которая воспроизводит внешний вид объекта моделирования (например манекен), его структуру (например модель молекулы воды) или поведение (например радиоуправляемая модель вертолёта).
Второй: Описание признаков оригинала с помощью одного из языков кодирования информации, то есть можно дать словесное описание, привести формулу, схему или чертеж. Такую модель называют информационной. Таким образом, информационная модель – это описание объекта-оригинала на одном из языков представления (кодирования) информации.
Любая модель создаётся для решения некоторой задачи. Рассмотрим этапы построения информационной модели на примере.
Первый этап. Необходимо проанализировать условие задачи для определения объекта и цели моделирования. Далее необходимо выделить в объекте моделирования свойства, основные части и связи между ними. То есть необходимо выделить основные (существенные) данные: что дано, что требуется найти; и связь между исходными данными и результатами.
Второй этап – Формализация. Формализация – это замена реального объекта его формальным описанием, то есть его информационной моделью. На данном этапе мы должны выразить связи и существенные признаки объекта в какой-либо форме. Например словесное описание, таблица, формула и так далее.
Эти этапы можно выразить в виде схемы. На первом месте будет находиться наш реальный объект. Далее в процессе анализа выделяются его существенные признаки. Затем в процессе формализации строится информационная модель.
Этапы построения информационной модели в виде схемы
Разберёмся более подробно на примере. На уроке математики учительница задала учащимся домашнее задание: решить пять примеров. Каждый пример сложнее предыдущего. На решение первого примера у Миши ушло две минуты. С каждым последующим примером время увеличивалось в два раза. Сколько времени понадобится Мише, чтобы решить все пять примеров?
Итак, давайте построим информационную модель. На первом этапе нам необходимо проанализировать условие задачи, определить объект и цель моделирования. В данной задаче объектом моделирования является процесс решения примеров, а цель: составление формулы для расчёта времени, которое Миша потратит на решение примеров.
С точки зрения цели моделирования, существенной является следующая информация: время решения первого примера – 2 минуты, увеличение по времени решения следующего примера от предыдущего в два раза, количество примеров: 5.
Так как время на решение второго примера в отличие от первого, третьего от второго и так далее увеличивается в два раза, то мы можем сказать, что речь идёт о геометрической прогрессии. Первым членом этой прогрессии является a1 = 2. Знаменатель геометрической прогрессии q = 2 и число членов прогрессии n = 5.
Из курса алгебры известна формула для вычисления суммы n первых членов геометрической прогрессии:
Так как нам неизвестно bn+1, мы можем его расписать по формуле n-ого члена геометрической прогрессии, получим
Данная формула будет являться информационной моделью. Для решения нашей задачи необходимо подставить имеющиеся данные. Получим следующее:
Ответ: для решения пяти примеров по математике Мише понадобится шестьдесят две минуты.
Переходим к классификации информационных моделей.
Существуют следующие признаки классификаций информационных моделей:
1. По области использования;
2. По фактору времени;
3. По отрасли знаний;
4. По форме представлений.
Разберёмся на примерах. Итак, первый признак классификации – по области использования: учебные модели (используются при обучении), игровые (репетиция поведения объекта в различных условиях), имитационные (отражение реальности в той или иной степени) и другие.
Следующий признак – по фактору времени. По данному признаку выделяют статические и динамические модели. Статические модели – это модели, которые описывают состояние системы в определённый момент времени. Динамические модели – это модели, которые описывают процесс изменения и развития системы.
Классификация моделей по отрасли знаний – это классификация по отрасли деятельности человека: математические, биологические, химические и прочие.
К видам информационных моделей по способу представления относятся: образные модели, знаковые модели и смешанные модели. Образные модели – это зрительные образы объектов, которые зафиксированы на каком-либо носителе. Примерами образных моделей являются рисунки в учебниках, фотографии, чертежи и так далее. Знаковые модели – это модели, которые представлены в виде текста, формул или программ на специальном языке программирования. К знаковым моделям относятся словесные описания, формулы в учебниках математики, физики и прочие. Смешанные модели – это модели, в которых одновременно используются образные и знаковые модели. Смешанные модели включают в себя таблицы, графики, диаграммы и так далее.
· Моделирование – это метод построения моделей, предназначенных для изучения и исследования объектов, процессов или явлений.
· Модель – это новый упрощённый объект, который отражает существенные особенности реального объекта, процесса или явления.
· Натурные модели – это реальные предметы, в уменьшенном или увеличенном виде воспроизводящие внешний вид, структуру или поведение моделируемого объекта.
· Информационные модели – это описания объекта-оригинала на одном из языков кодирования информации.
· Формализация – это процесс замены реального объекта его формальным описанием.
· Образные модели – это зрительные образы объектов, которые зафиксированы на каком-либо носителе.
· Знаковые модели – это модели, которые представлены в виде текста, формул или программ на специальном языке программирования.
· Смешанные модели – это модели, в которых одновременно используются образные и знаковые модели.
Урок 11
Понятие модели.
Назначение и свойства моделей.
Графические информационные модели
Содержание урока
Что такое моделирование. Натурные и информационные модели
Что такое моделирование
Натурные и информационные модели
Изучаемые вопросы: — Модель – упрощённое подобие реального объекта. Что такое моделированиеОсновные темы параграфа: • натурные модели; Натурные моделиСейчас речь пойдет об очень важном в науке понятии — понятии модели. Это слово многим знакомо. Возможно, кто-то из вас занимается техническим моделированием — строит модели кораблей, автомобилей или самолетов. Такие модели воспроизводят некоторые свойства реальных устройств, например, форму, способность плавать, ездить или летать. Можно привести и другие примеры моделей: глобус — это модель земного шара, манекен в магазине — модель человека, макет в мастерской архитектора — модель застройки города. Выше перечислены примеры материальных моделей. Их еще называют натурными моделями. Как правило, моделируемый объект представляет собой сложную систему. Например, автомобиль состоит из корпуса, двигателя, колес, рулевого управления, салона и пр. Модель автомобиля, построенная школьником, много проще. В ней, например, может отсутствовать двигатель, электропитание, рулевое управление и другие части, размер ее меньше размера настоящего автомобиля.
Цель создания производственного робота совсем другая. Робот должен воспроизводить некоторые физические действия человека: уметь брать и перемещать детали, закручивать и раскручивать болты и пр. Но для достижения этих целей внешнего сходства с человеком совсем не требуется.
Информационные моделиЕсли натурная модель объекта моделирования — это его физическое подобие, то информационная модель — это его описание. Способ описания может быть самым разным: вербальным, т. е. словесным описанием на естественном языке, математическим, графическим и др. Например, чертеж корабля является его графическим описанием, а стало быть, информационной моделью корабля (рис. 2.1). Понятие объект моделирования надо понимать в самом широком смысле. Это может быть материальный объект: корабль, комета, живая клетка; явление природы: гроза, солнечное затмение; процесс: полет ракеты, изменение стоимости акций на фондовой бирже.
В науке существует еще одна разновидность моделей: воображаемые (идеальные) модели. Например, в физике: материальная точка, абсолютно твердое тело, идеальный газ; в математике: геометрическая точка, бесконечность и пр. Так же как и натурные, информационные модели одного и того же объекта, предназначенные для разных целей, могут существенно различаться. Вот пример. Нередко людям приходится заполнять всевозможные анкеты, личные карточки. Такие документы можно рассматривать как различные информационные модели человека. По форме они одинаковые (анкеты), а по содержанию разные. Например, в личной карточке работника предприятия, которая хранится в отделе кадров, о нем имеются следующие сведения: фамилия, имя, отчество, пол, год рождения, место рождения, национальность, адрес проживания, образование, семейное положение. А в медицинскую карточку того же самого человека заносятся следующие данные: фамилия, имя, отчество, пол, год рождения, группа крови, вес, рост, хронические заболевания. В обществе охотников, членом которого является этот же человек, о нем хранится третий набор сведений. Как видите, разные цели моделирования — разные информационные модели. Современным инструментом для информационного моделирования является компьютер. С его помощью воспроизводятся самые сложные объекты, процессы, явления. Такая модель обычно отображается на экране в виде статического (неподвижного) или анимированного (подвижного) изображения, может сопровождаться звуком, т. е. использовать технологию мультимедиа.
Для обозначения сложных объектов, состоящих из множества взаимосвязанных частей, в науке используется термин система. В большинстве случаев объектами моделирования являются сложные системы: природные, технические, общественные и др. Модель используется как заменитель реальной системы для воспроизведения отдельных ее функций, для прогноза ее поведения в определенных условиях. Следующая страница Натурные и информационные моделиВы будете перенаправлены на Автор24 Интуитивное и абстрактное восприятиеСпособы восприятия внешнего мира человеком можно разделить на: Интуиция — способность человека понимать смысл событий, ситуаций, объектов посредством подсознательного вывода, основанного на предшествующем опыте, воображении. Иными словами, это проницательность, «чутьё». Рисунок 1. Дегустаторы вина за работой. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ При интуитивном постижении мира основанием для мыслительной деятельности являются ощущения, рефлексы, эмоции. Этот способ высшей нервной деятельности роднит человека с животными, которые больше доверяют своим ощущениям, чем логическим умозаключениям, хотя и логическая деятельность некоторым животным не чужда. Интуитивные модели познания, несмотря на присущую им субъективность, эффективны при экспертных оценках, т.е. оценках, основанных на опыте. Они важны, например, в работе дегустаторов. Интуитивное постижение мира свойственно деятелям культуры музыкантам, писателям, художникам и др. Абстрактное мышление, напротив, позволяет в мыслительной деятельности отвлечься от субъективных (присущих конкретному индивиду) переживаний и выделить в наблюдаемом мире полезные закономерности. При этом часть информации, полученная в виде ощущений, теряется, зато появляется возможность описывать видение мира с помощью знаковых систем. Готовые работы на аналогичную темуВ связи с вышесказанным, модели, помогающие понять окружающий мир, можно классифицировать как: Рассмотрим их последовательно. Натурные моделиНатурные модели применяют там, где для описания оценки окружающей обстановки важна полнота ощущений. Их удобно использовать там, где важно ориентироваться на какой-либо образец. Например, среди доказательств теоремы Пифагора есть варианты, где используются не формулы, а переливающаяся между сосудами соответствующих объемов жидкость. Рисунок 2. Физическое доказательство теоремы Пифагора. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ В качестве примеров натурных моделей можно назвать игрушки, манекены, макеты, фотографии и т.д. Натурные модели-тренажеры применяют при подготовке летчиков, водителей и т.д. На них отрабатываются методы решения профессиональных проблем. Это позволяет избежать излишних материальных затрат, связанных с порчей дорогостоящего оборудования, поскольку тренажеры всегда дешевле, чем реальные устройства (самолеты, поезда, танки и т.п.). Различают также модели-эрзацы, такие, как протезы, выполняющие функции настоящих органов или экзоскелеты, усиливающие возможности человеческого организма. Свойством аналоговых (натурных) моделей является непрерывность: в них трудно выделить четко описываемые составные части. Примерами непрерывных моделей можно считать математические функции и графики. Информационные моделиКак уже отмечено, при абстрагировании человеческое мышление способно формировать символьное, знаковое описание действительности. Потери информации при этом таковы, что их можно считать несущественными для практической деятельности. Например, покупатель, приобретая литровую упаковку молока, не задумывается о деталях производства и доставки этого продукта (абстрагируется от них), хотя товаровед и дегустатор могут сообщить об этом товаре много дополнительных экспертных данных, проанализировав внешний вид, вкус и запах. Таким образом, информационные модели, в отличие от натурных, всегда предполагают детализацию полученных ощущений в ущерб достоверности. Без этого невозможно формирование символьных (знаковых) систем. Рисунок 3. Нотная запись как музыкальный алфавит. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ Знаковые информационные модели называют также дискретными, поскольку информация в них представлена в посредством набора раздельных символов (алфавита) и формируемого на их основе языка. При этом языки делятся на: Формализованные языки имеют фиксированный набор лексических единиц и строгий синтаксис фраз. Этим обеспечивается однозначность трактовки и исполнения сформулированных указаний. Примерами моделей, создаваемых посредством формализованных языков, служат математические описания, записи шахматных партий, нотная запись музыки. Формализованные языки позволяют реализовывать информационные модели в виде компьютерных программ и двоичных данных, поскольку любой конечный алфавит можно преобразовать в цифровую, и, в конечном итоге, в двоичную форму записи. Презентация по информатике на тему «Модели. Виды информационных моделей»Онлайн-конференция«Современная профориентация педагогов |