Лекция по "Компьютерному моделированию на начальном этапе"

Моделирование, формализация, визуализация

 
Тема урока: Моделирование, формализация, визуализация

Цели урока: ввести понятия «Моделирования, формализация, визуализация»

Оборудование: 

• настольные компьютеры;
• проектор;
• интерактивная доска.

Программное обеспечение:

1. MyTest X;
2. Open Office Impress;
3. Презентация «Моделирования, формализация, визуализация»

Ход урока:

1. Организационная часть. Сообщение цели урока. (слайд №1)

 Сегодня  на уроке мы познакомимся со  следующими понятиями: 

• моделирование
• модель
• формализация
• этапы разработки моделей

Убедимся в необходимости моделирования как метода познания и построим модель вашей семьи.

2. Объяснение нового материала
1. Моделирование как метод познания  (слайд №2, слайд №3)

Человечество  в своей деятельности (научной, образовательной, технологической, художественной) постоянно создаёт и использует модели окружающего мира. Модели позволяют представить в наглядной форме объекты и процессы, недоступные для непосредственного восприятия (очень большие или очень маленькие объекты, очень быстрые или очень медленные и др.)

Наглядные модели часто используются в процессе обучения:

Например:

в курсе географии  – глобус

в курсе физики – двигатель внутреннего сгорания

в курсе химии  – модели молекул и кристаллических  решёток 

в курсе биологии – ДНК

Модели играют важную роль в создании различных  технических устройств, машин и  механизмов, зданий, электрических  цепей и т.д.

Развитие науки  невозможно без создания теоретических  моделей – теорий, законов, гипотез  и т.д.

Всё художественное творчество является процессом создания моделей: любое литературное произведение – модель реальной человеческой жизни, живописные полотна, скульптуры, театральные постановки.

Моделирование – это метод познания, состоящий в создании и исследовании моделей.

Каждый объект имеет большое количество различных свойств. В процессе построения модели выделяются главные, наиболее существенные для проводимого исследования, свойства.

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

Никакая модель не может  заменить сам объект. Но при решении  конкретной задачи, когда нас интересует определённые свойства изучаемого объекта, модель оказывается полезным, а иногда и единственным инструментом исследования. 

2. Формы представления моделей.  (слайд №4, слайд №5, слайд №6, слайд №7)

Модели материальные и информационные.

Все модели можно разбить  на 2 большие класса: предметные (материальные) и модели информационные.

Предметные модели воспроизводят  геометрические, физические и другие свойства объектов в материальной форме (глобус, анатомические муляжи, модели кристаллических решеток, макеты зданий и другие)

Информационные модели представляют объекты и процессы в образной или знаковой форме, знаковые информационные модели строятся с использованием различных языков (знаковых систем) могут быть представлены в форме текста ( например, программы на языке программирования) формулы ( например 2-ой закон Ньютона) таблицы (например, периодическая таблица элементов Д.И. Менделеева) и другие.

3. Формализация (слайд №8)

 Естественные  языки используются для создания  описательных информационных моделей  (например, гелиоцентрическая модель  мира Коперника).

Для отображения различных  процессов часто прибегают к  построению графиков, чертежей, схем –  это примеры графических информационных моделей.

с помощью формальных языков строятся формальные информационные модели (математические, логические).

Модели, построенные с  использованием математических понятий  и формул, называются математическими  моделями.

Язык алгебры  логики позволяет строить формальные логические модели, например,

логические  модели устройств компьютера: сумматора  и триггера.

Процесс построения информационных моделей с помощью  формальных языков называется формализацией.

В процессе познания окружающего мира человечество постоянно использует моделирование и формализацию. При изучении нового объекта сначала строится его описательная информационная модель на естественном языке, затем она формализуется, т.е. выражается с использованием формальных языков (математики, логики и другие)

4. этапы разработки моделей (слайд №9)

Постановка  задачи 
Под задачей в самом общем смысле этого слова понимается некая проблема, которую надо решить. На этапе постановки задачи необходимо отразить три основных момента: описание задачи, определение целей моделирования и анализ объекта или процесса 
Разработка модели 
Выбор наиболее существенной информации при создании информационной модели и ее сложность обусловлены целью моделирования. Построение информационной модели является отправным пунктом разработки модели. 
Все входные параметры объектов, выделенные при анализе, располагают в порядке убывания значимости и проводят упрощение модели в соответствии с целью моделирования. При этом отбрасываются факторы, несущественные с точки зрения того, кто определяет модель. Если отбросить существенные факторы, то модель может оказаться неверной. 
Все элементарные объекты, выделенные при анализе должны быть показаны во взаимосвязи. В информационной модели отображаются только бесспорные связи и очевидные действия. Такая модель дает первичную идею, определяющую дальнейший ход моделирования. 
Компьютерный эксперимент  
С развитием вычислительной техники появился новый уникальный метод исследования - компьютерный эксперимент. В помощь, а иногда и на смену экспериментальным образцам и испытательным стендам во многих случаях пришли компьютерные исследования моделей. Этап проведения компьютерного эксперимента включает две стадии : составление плана моделирования и технологию моделирования. 
Анализ результатов моделирования  
Конечная цель моделирования - принятие решения, которое должно быть выработано на основе всестороннего анализа полученных результатов. Этот этап решающий - либо вы продолжаете исследования, либо заканчиваете. Если известен результат, то можно сравнить его с полученным результатом моделирования. Полученные выводы часто способствуют проведению дополнительной серии экспериментов, а иногда и к изменению модели.

3. Закрепление учебного материала

Выполнение обучающего теста «Моделирование» в системе MyTest.

(Примечание: При  наличии компьютерной сети можно  организовать централизованный  сбор и обработку результатов  тестирования, используя модуль  журнала MyTest. Результаты выполнения  заданий выводятся учащемуся  и отправляются учителю. Учитель  может оценить или проанализировать их в любое удобное для него время.

4. Домашнее задание: § 5.3. Моделирования, формализация, визуализация
5. Литература

• 1.  Информатика - 9. Учебник для 9 класса. Угринович Н.Д. - М.: Лаборатория Базовых Знаний. 2011