Разделы: Информатика, Конкурс «Презентация к уроку»
Загрузить презентацию (2 МБ)
Внимание! Предварительный просмотр слайдов используется исключительно в ознакомительных целях и может не давать представления о всех возможностях презентации. Если вас заинтересовала данная работа, пожалуйста, загрузите полную версию.
Человечество в своей деятельности (научной, образовательной, технологической, художественной) постоянно создает и использует модели окружающего мира. Строгие правила построения моделей сформулировать невозможно, однако человечество накопило богатый опыт моделирования различных объектов и процессов.
| Моделирование – это метод познания, состоящий в создании и исследовании моделей. |
Модель. Это слово многим знакомо. Кто-то занимается созданием моделей кораблей, самолетов, автомобилей. Модели имеют чрезвычайно важную роль в проектировании и создании различных технических устройств. Без предварительного создания чертежа невозможно изготовить даже простую деталь. Развитие науки невозможно без создания теоретических моделей (теорий, законов, гипотез), отражающих строение, свойства и поведение реальных объектов. Все художественное творчество фактически является процессом создания моделей. Любое литературное произведение может рассматриваться, как модель реальной человеческой жизни.
Модель создается человеком в процессе познания окружающего мира и отражает существенные особенности изучаемого объекта, явления или процесса.
| Модель – это некоторое упрощенное подобие реального объекта |
Разные науки исследуют объекты и процессы под разными углами зрения и строят различные типы моделей. В физике изучаются процессы взаимодействия и изменения объектов, в химии – их химический состав, в биологии – строения и поведение живых организмов.
Человек в различных науках исследуется в рамках различных моделей:
| Для описания и исследования одного и того же объекта может использоваться несколько моделей. |
| Для описания и исследования различных объектов может использоваться одна и та же модель. |
Всякая модель воспроизводит только те свойства объекта – оригинала, которые понадобятся при исследовании, изучении объекта.
Никакая модель не может заменить сам объект. Но при решении конкретной задачи, когда нас интересуют определенные свойства изучаемого объекта, модель может оказаться полезным и единственным инструментом исследования.
Все модели можно разбить на два больших класса:
| Материальные модели (натурные) | Информационные модели |
|
Графические (образные) |
Знаковые |
|
Предметные модели позволяют
представить в материальной наглядной форме
объекты и процессы, недоступные для
непосредственного исследования (очень большие
или очень маленькие, очень быстрые или очень
медленные)
|
Образные информационные модели
представляют собой зрительные образы объектов,
зафиксированные на каком-либо носителе.
|
Знаковые информационные модели
строятся с использованием различных языков
(знаковых систем).
|
При построении некоторых типов информационных моделей одновременно используются система графических элементов и знаковая система. Например, в блок-схемах алгоритмов используются различные фигуры для обозначения элементов алгоритма и формальный алгоритмический язык для записи программы на языке программирования.
| Материальная модель – физическое подобие объекта-оригиналаИнформационная модель – описание объекта-оригинала |
Вопросы
Задания
1. Создайте информационную модель в текстовом редакторе MS Word / OpenOffice.org
2. Создайте информационную модель молекулы воды по образцу (см. Приложение 1)
3. Определите объект моделирования, метод моделирования и цель:
| Задача | Объект | Метод | Цель |
| Художнику заказывают нарисовать пейзаж. | Часть природы, окружающего мира (лес, поляна… ) | Наблюдение за объектом, создание рисунка (информационной модели) по подобию объекта | Познание окружающего мира, природы, особенностей природы данного края или местности |
| Биологу поручают исследование популяции дрозофилы. | Мелкие мушки – Дрозофилы | Наблюдение за объектом, изучение поведения объекта, его жизнедеятельности | Понимание того, как устроен объект, законов развития и взаимодействия с окружающей средой; Прогнозирование последствий от воздействий на объект. |
| Для покупки квартиры нужно взять в банке кредит. | Кредитная программа банка | Изучение условий кредитования, Сбор необходимых документов, произведение математических расчетов | Управление объектом или процессом и определение наилучших способов управления |
4. Объясните различие моделей бабочки с точки зрения биолога, художника, рыболова, скульптора, фотографа:
| Модель бабочки | |
| Биолог | Засушенная бабочка |
| Художник | Рисунок |
| Рыболов | Наживка |
| Фотограф | Фотография |
| Скульптор | Скульптура |
4. Рассмотрите отрывок стихотворения Агнии Барто «Машенька» как модель. Что является объектом-оригиналом? Какие существенные свойства отражены в этой модели?
Часы пробили восемь, Сейчас затихнет дом. Сейчас платок набросим На клетку со щеглом.
Есть у меня дочка, Ей скоро полгодочка, Она лежит, не плачет, Глаза от света прячет. Чтоб у нас она спала, Снимем лампу со стола.
Ходят тени по стене, Будто птицы в тишине Стаями летят. Кошка сердится во сне На своих котят.
Мы спать ложимся рано, Сейчас закроем шторы, Диваны-великаны Теперь стоят как горы… Баю-баюшки-баю, Баю Машеньку мою.
5. Изобразите графом-моделью фразу «Я знаю, что ты знаешь, что я знаю»
6. Откройте презентацию (Приложение 2). Доработайте данную модель так, чтобы минутная стрелка выполняла полностью весь круг. Добавьте часовую стрелку.
Поделиться страницей:xn--i1abbnckbmcl9fb.xn--p1ai
В своей деятельности, художественной, научной, практической человек часто создает некий заменитель той системы, процесса или явления, с которым ему приходиться иметь дело. Целью подобной замены является изучение поведения некоторого объекта (от лат. objection—предмет), интересующего человека, в условиях более доступных (в познавательном плане) для организации и проведения подобных исследований, чем изучение оригинала в реальных условиях его эксплуатации. Это позволяет сформировать следующее утверждение:
Определение. объектом исследования может быть все то, на что направлена человеческая деятельность, т.е. любое событие, явление, субъект, предмет, система, связи, информация и т.д., иными словами любые материальные и нематериальные образования, которое в том или ином аспекте интересуют человека в процессе выполнения им своей деятельности.
Пример:
1. объект — Земля, и её заменитель — глобус;
2. объект — уголок природы, и его заменитель — картина или описание данного уголка природы;
3. объект — самолет, и его заменитель — модель самолета;
4. объект — железнодорожный вокзал, и его заменитель — расписание поездов;
5. объект — химический процесс, и его заменитель — формула химической реакции;
6. объект — токарный станок, и его заменитель — функциональная схема токарного станка и т.д.
Любой объект имеет большое количество различных свойств и характеристик, которые могут заинтересовать человека. Именно для выявления этих свойств и производится замена объекта-оригинала другим объектом, причем каждый раз подобная замена осуществляется с той или иной целью — для упрощения представления об оригинале; для изучения процессов, происходящих в нем и, в зависимости от этих целей, в заменителе отражаются те или иные свойства объекта-оригинала в рамках поставленной задачи его исследований.
Определение. Модельюисходного объекта, процесса или явления называется некий новый объект, который отражает все существенные свойства исходного объекта, процесса или явления.
Примечание.
Один и тот же объект-оригинал может иметь множество моделей, а разные объекты-оригиналы могут описываться одной и той же моделью.
Определение. Метод опосредованного познания, при котором изучаемый объект-оригинал находится в некотором соответствии с другим объектом-моделью, при этом модель способна в том или ином отношении замещать оригинал на некоторых стадиях познавательного процесса, называется методом моделированияили простомоделированием.
Стадии познания, на которых происходит такая замена, а также формы соответствия модели и оригинала могут быть различными:
§ Моделирование как познавательный процесс, содержащий переработку информации, поступающей из внешней среды, о происходящих в ней явлениях, в результате чего в сознании появляются новые образы, новые знания, соответствующие изучаемым объектам, которые в данном случае представляют собой внешнюю среду с любые объекты в ней находящиеся;
§ Моделирование, заключающееся в построении некоторой системы-модели (вторичной системы), связанной определенными соотношениями подобия с системой-оригиналом (исходной исследуемой системой), причем в этом случае отображение одной системы в другую является средством выявления зависимостей между двумя системами, отраженными в соотношениях подобия, а не результатом непосредственного изучения поступающей информации.
Любой объект может рассматриваться как целостная система, и любая система, являющаяся совокупностью взаимосвязанных элементов, может быть рассмотрена как отдельный объект.
Пример: модель молекулы вещества при изучении свойств самого вещества — это объект, но если модель построена для изучения свойств взаимодействия и строения атомов, ядра этой молекулы — то в этом аспекте подобная модель должна рассматриваться как система.
Определение. Система — это:
1. Внутренне организованная целостность, элементы которой взаимосвязаны так, что возникает, как минимум, одно новое качество, не свойственное ни одному из элементов этой целостности;
2. Организованное множество структурных элементов, взаимосвязанных и выполняющих определенные функции;
3. Любой объект, который одновременно рассматривается и как единое целое, и как совокупность разнородных элементов (объектов), объединенных для достижения определенного результата.
Определение. Элемент системы — составная часть системы, объект, выполняющий определенные функции в системе и в рамках данной задачи не подлежащий дальнейшему делению на части. В зависимости от вида системы элементами могут быть предметы, свойства, состояния, связи, отношения, этапы, циклы, уровни функционирования и развития.
Определение. Структура системы — выделение в системе элементов и связей между элементами, то есть определение того, как элементы соотносятся друг с другом.
Определение. Подсистема— совокупность элементов системы с их взаимосвязями. Это самостоятельная часть системы, цель которой подчинена цели функционирования системы в целом. Процесс расчленения системы на подсистемы называется декомпозиция системы.
Любая система обладает рядом основополагающих свойств:
§ целостность и делимость. С одной стороны, система – это совокупность объектов, которые могут быть рассмотрены как единое целое, мысленно ограниченное в пространстве или времени. С другой стороны, в системе могут быть выделены составляющие ее элементы. Удаление из системы элемента изменяет ее свойства.
§ структурность(взаимосвязность элементов). Характеристики системы, ее поведение зависят не только от свойств составляющих ее элементов, но и от способа их взаимосвязи, то есть от структуры системы.
§ неоднозначность соответствия «система – структура системы». Поскольку структура – это только некоторая характеристика системы, то и в зависимости от целей системы, можно выделить разные связи, признаки и свойства системы в качестве структурных. То есть в общем случае однозначного соответствия между системой и ее структурой нет.
§ интегративность. Системе присущи интегративные (системные) свойства, которые не свойственны ни одному из ее элементов в отдельности, но зависят от их свойств.
§ иерархичность. При изменении цели (задач) исследования каждый элемент или совокупность нескольких элементов системы могут рассматриваться как новые системы (подсистемы), а исследуемая система – как элемент более широкой системы (надсистемы).
§ взаимодействие со средой. Система проявляет свои свойства в процессе взаимодействия со средой.
Итак, признаком системы является ее целостное функционирование. Система является не набором отдельных элементов, а совокупностью взаимосвязанных элементов. Состояние системы характеризуется ее структурой, то есть составом и свойствами элементов, их отношениями и связями между собой. Если структура системы меняется, то система может перестать функционировать как целое.
www.ronl.ru
Моделирование как метод познания
Цели урока:
Образовательные:
формирование представления о моделировании как основном методе познания;
формирование понятий “модель”, “моделирование”;
формирование представления о способах классификации моделей;
знакомство с ролью моделирования в научных и практических исследованиях.
Развивающие:
развитие умения анализировать, выделять существенные признаки и свойства объектов;
развитие культуры речи;
формирование навыков обобщения и классификации;
формирование целостной научной картины мира.
Воспитательные:
формирование навыков межличностного общения и сотрудничества;
формирование чувства ответственности за свои действия и поступки.
Тип урока: изучение и первичное закрепление новых знаний.
Вид урока: эвристическая беседа.
План урока.
Организационный момент.(0,5 минут)
Мотивация изучения нового материала.(3,5 минуты)
Сообщение темы и объявление целей урока. (1 минута)
Формирование понятий «модель», «моделирование». (8 минут)
Физпауза «Я - модель…». (3 минуты)
Классификация моделей. Компьютерное моделирование. (7 минут)
Практическая работа. (15 минут)
Подведение итогов. Домашнее задание(2 минуты)
Оборудование: компьютер, мультимедийный проектор, экран.
Литература:
Босова Л.Л. «Информатика и ИКТ», М: Бином, Лаборатория знаний, 2012 г.
Содержание урока.
1. - Здравствуйте! Сядьте поудобнее и приготовьтесь к новым открытиям.
2. - Я думаю, каждый из вас знает, чем объяснить такое явление как смена дня и ночи? Сейчас у нас день, потому что мы в данный момент обращены к солнцу. Постепенно, удаляясь от солнечного света, наступает вечер, затем ночь.
- Все вы видите, что у меня в руках обычные глобус и фонарик. Но, проводя эксперимент, мы представляем, что глобус – это наша планета, а фонарик – солнце.
Это открытие – процесс смена дня и ночи - сделал датский астроном Тихо Браге, живший в XVI веке. Он 40 лет наблюдал звездное небо. На основе своих наблюдений он создал таблицы движения всех известных в то время планет, которые послужили основой для открытия Кеплером и Ньютоном законов движения планет.
В процессе познания мира человек широко использует метод наблюдения и эксперимента. Но часто возникает ситуация, когда исследования могут стоить огромных денег, представлять угрозу для жизни людей или объект изучения может быть просто недоступен (например, если речь идет о процессах, происходящих в недрах Земли, глубинах Солнца или внутри атома). Вместо реальных объектов в этих случаях используют их модели.
3. Тема нашего занятия «Моделирование как метод познания». Мы должны выяснить:
Что такое “Модель”?
Что такое “Моделирование”?
Для чего нужны модели?
Как классифицировать модели?
4. - С понятием “модель” мы сталкиваемся с детства. Игрушечный автомобиль, самолет или кораблик для многих были любимыми игрушками, равно как и плюшевый медвежонок или кукла. С помощью моделей и модельных отношений развились разговорные языки, письменность, графика. Наскальные изображения наших предков, затем картины и книги - это модели передачи знаний об окружающем нас мире. Навыки моделирования очень важны для человека. Они помогут разумно планировать свой распорядок дня, учебу, труд, выбирать оптимальные варианты, разрешать удачно различные жизненные ситуации.
Рассмотрим несколько примеров, поясняющих, что такое модель.
Архитектор готовится построить здание. Но прежде чем воздвигнуть его, он сооружает это здание из кубиков. Это модель. Конечно, архитектор мог бы построить здание без предварительных экспериментов, но он не уверен, что здание будет выглядеть достаточно хорошо. Если оно окажется некрасивым, то многие годы потом оно будет немым укором своему создателю.
Все художественное творчество фактически является процессом создания моделей. Например, такой литературный жанр, как басня, переносит реальные отношения между людьми на отношения между животными и фактически создает модели человеческих отношений. Более того, практически любое литературное произведение, художественное произведение, театральная постановка может рассматриваться как модель реальной человеческой жизни.
На стене висит картина, изображающая вишневый сад в цвету. Это модель. Богатейшие эмоциональные впечатления можно получить стоя в благоухающем саду. Ну а если мы живем на Крайнем Севере?
Перечислять примеры моделей можно бесконечно. Давайте попробуем обобщить все выше сказанные и дать определение модели.
Модель - это такой материальный или мысленно представляемый объект, который в процессе изучения замещает объект-оригинал, сохраняя некоторые важные его свойства.
Процесс построения модели называется моделированием. Другими словами, моделирование - это метод познания, состоящий из изучения строения и свойств оригинала с помощью модели.
5. Я думаю, что каждый из вас не против отдохнуть и представить себя в качестве модели. Покажите:
а) самолет-истребитель, летящий на большой скорости; б) пианист, увлеченный игрой на фортепиано;
в) тонкая осинка, гнущаяся под порывами ветра то вправо, то влево;г) стрелки часов, вращающиеся в ускоренном темпе.
6. - А теперь давайте представим, что каждый из вас является модельером.
Перед вами лежит кусочек пластилина: попробуйте слепить из него модель яблока. Можем ли мы потрогать эту модель, сказать какая она на ощупь? Такая модель называется материальной. Она всегда имеет реальное воплощение.
Возьмите карандаши и нарисуйте модель яблока. Можем ли мы дотронуться до этой модели? Эта модель – образная. А теперь напишите несколько слов, отражающих ваше представление о яблоке. Это тоже модель, но уже знаковая, то есть представленная при помощи знаков русского алфавита. Знаковые и образные модели образуют информационный класс моделей. Эти модели содержат информацию об объекте, представленную в той или иной форме. А теперь закройте глаза и представьте перед собой корзину полную спелых ароматных яблок. Чувствуете, как они пахнут? Ваши умозаключения, воображение, идеи, образы тоже являются моделями - мысленными.
Информационные и мысленные модели нельзя потрогать, они не имеют вещественного воплощения. Этот класс моделей называется абстрактным.
Таким образом, один и тот же объект – яблоко - мы представили при помощи различных моделей и получили классификацию.
На протяжении своей истории человечество использовало различные способы и инструменты для создания моделей. Эти способы постоянно совершенствовались. Так, первые модели создавались в форме наскальных рисунков, в настоящее же время модели обычно строятся и исследуются с использованием современных компьютерных технологий. Современное компьютерное моделирование выступает как средство общения людей (обмен информационными, компьютерными моделями и программами), осмысления и познания явлений окружающего мира (компьютерные модели солнечной системы, атома и т.п.), обучения и тренировки (тренажеры), оптимизации (подбор параметров).
7. - Мы уже выясняли, что человек очень часто сталкивается с моделями. Целью нашего моделирования сегодня будет являться – компьютер. Мы постараемся создать компьютерную модель при помощи среды Microsoft Word, используя встроенный векторный графический редактор. Какая модель у нас получиться?
(информационная, графическая).
- Итак, приступим!
(Учащиеся выполняют практическую работу по предложенной схеме <Рисунок 1>)
8. – Сегодня на уроке мы познакомились с понятиями «модель» и «моделирование». А так же узнали, зачем и в каких случаях используется моделирование. На практической работе вы составили графическую модель при помощи компьютера, а дома вы постараетесь создать компьютерную словесную модель – модель своего друга. Подумайте, какие параметры должны быть указаны, для того что бы мы могли его узнать? Люди каких профессий очень часто сталкиваются с описанием человека?
– И напоследок я хочу показать вам еще одну модель – повернитесь друг к другу, улыбнитесь. Улыбка это тоже модель – модель радости и счастья. До свидания!
infourok.ru
В своей деятельности, художественной, научной, практической человек часто создает некий заменитель той системы, процесса или явления, с которым ему приходиться иметь дело. Целью подобной замены является изучение поведения некоторого объекта (от лат. objection—предмет), интересующего человека, в условиях более доступных (в познавательном плане) для организации и проведения подобных исследований, чем изучение оригинала в реальных условиях его эксплуатации. Это позволяет сформировать следующее утверждение:
Определение. объектом исследования может быть все то, на что направлена человеческая деятельность, т.е. любое событие, явление, субъект, предмет, система, связи, информация и т.д., иными словами любые материальные и нематериальные образования, которое в том или ином аспекте интересуют человека в процессе выполнения им своей деятельности.
Пример:
1. объект — Земля, и её заменитель — глобус;
2. объект — уголок природы, и его заменитель — картина или описание данного уголка природы;
3. объект — самолет, и его заменитель — модель самолета;
4. объект — железнодорожный вокзал, и его заменитель — расписание поездов;
5. объект — химический процесс, и его заменитель — формула химической реакции;
6. объект — токарный станок, и его заменитель — функциональная схема токарного станка и т.д.
Любой объект имеет большое количество различных свойств и характеристик, которые могут заинтересовать человека. Именно для выявления этих свойств и производится замена объекта-оригинала другим объектом, причем каждый раз подобная замена осуществляется с той или иной целью — для упрощения представления об оригинале; для изучения процессов, происходящих в нем и, в зависимости от этих целей, в заменителе отражаются те или иные свойства объекта-оригинала в рамках поставленной задачи его исследований.
Определение. Модельюисходного объекта, процесса или явления называется некий новый объект, который отражает все существенные свойства исходного объекта, процесса или явления.
Примечание.
Один и тот же объект-оригинал может иметь множество моделей, а разные объекты-оригиналы могут описываться одной и той же моделью.
Определение. Метод опосредованного познания, при котором изучаемый объект-оригинал находится в некотором соответствии с другим объектом-моделью, при этом модель способна в том или ином отношении замещать оригинал на некоторых стадиях познавательного процесса, называется методом моделированияили простомоделированием.
Стадии познания, на которых происходит такая замена, а также формы соответствия модели и оригинала могут быть различными:
§ Моделирование как познавательный процесс, содержащий переработку информации, поступающей из внешней среды, о происходящих в ней явлениях, в результате чего в сознании появляются новые образы, новые знания, соответствующие изучаемым объектам, которые в данном случае представляют собой внешнюю среду с любые объекты в ней находящиеся;
§ Моделирование, заключающееся в построении некоторой системы-модели (вторичной системы), связанной определенными соотношениями подобия с системой-оригиналом (исходной исследуемой системой), причем в этом случае отображение одной системы в другую является средством выявления зависимостей между двумя системами, отраженными в соотношениях подобия, а не результатом непосредственного изучения поступающей информации.
Любой объект может рассматриваться как целостная система, и любая система, являющаяся совокупностью взаимосвязанных элементов, может быть рассмотрена как отдельный объект.
Пример: модель молекулы вещества при изучении свойств самого вещества — это объект, но если модель построена для изучения свойств взаимодействия и строения атомов, ядра этой молекулы — то в этом аспекте подобная модель должна рассматриваться как система.
Определение. Система — это:
1. Внутренне организованная целостность, элементы которой взаимосвязаны так, что возникает, как минимум, одно новое качество, не свойственное ни одному из элементов этой целостности;
2. Организованное множество структурных элементов, взаимосвязанных и выполняющих определенные функции;
3. Любой объект, который одновременно рассматривается и как единое целое, и как совокупность разнородных элементов (объектов), объединенных для достижения определенного результата.
Определение. Элемент системы — составная часть системы, объект, выполняющий определенные функции в системе и в рамках данной задачи не подлежащий дальнейшему делению на части. В зависимости от вида системы элементами могут быть предметы, свойства, состояния, связи, отношения, этапы, циклы, уровни функционирования и развития.
Определение. Структура системы — выделение в системе элементов и связей между элементами, то есть определение того, как элементы соотносятся друг с другом.
Определение. Подсистема— совокупность элементов системы с их взаимосвязями. Это самостоятельная часть системы, цель которой подчинена цели функционирования системы в целом. Процесс расчленения системы на подсистемы называется декомпозиция системы.
Любая система обладает рядом основополагающих свойств:
§ целостность и делимость. С одной стороны, система – это совокупность объектов, которые могут быть рассмотрены как единое целое, мысленно ограниченное в пространстве или времени. С другой стороны, в системе могут быть выделены составляющие ее элементы. Удаление из системы элемента изменяет ее свойства.
§ структурность(взаимосвязность элементов). Характеристики системы, ее поведение зависят не только от свойств составляющих ее элементов, но и от способа их взаимосвязи, то есть от структуры системы.
§ неоднозначность соответствия «система – структура системы». Поскольку структура – это только некоторая характеристика системы, то и в зависимости от целей системы, можно выделить разные связи, признаки и свойства системы в качестве структурных. То есть в общем случае однозначного соответствия между системой и ее структурой нет.
§ интегративность. Системе присущи интегративные (системные) свойства, которые не свойственны ни одному из ее элементов в отдельности, но зависят от их свойств.
§ иерархичность. При изменении цели (задач) исследования каждый элемент или совокупность нескольких элементов системы могут рассматриваться как новые системы (подсистемы), а исследуемая система – как элемент более широкой системы (надсистемы).
§ взаимодействие со средой. Система проявляет свои свойства в процессе взаимодействия со средой.
Итак, признаком системы является ее целостное функционирование. Система является не набором отдельных элементов, а совокупностью взаимосвязанных элементов. Состояние системы характеризуется ее структурой, то есть составом и свойствами элементов, их отношениями и связями между собой. Если структура системы меняется, то система может перестать функционировать как целое.
www.ronl.ru
Цель: сформировать у учащихся понятие моделирования как метода познания; рассмотреть формы представления моделей.
Тип урока: Урок объяснения нового материала и первичного закрепления знаний.
Задачи урока:
Обучающие:
применение теоретических знаний на практике;
организация деятельности учащихся по изучению и первичному закреплению способов действий.
Развивающие:
помощь учащимся в осознании социальной и практической значимости учебного материала;
обеспечение развития у школьников умений сравнивать и классифицировать познавательные объекты;
создание условий для развития у школьников умения работать во времени.
Воспитывающие:
осуществление эстетического воспитания;
способствовать обогащению внутреннего мира школьников.
Требования к знаниям и умениям:
Учащиеся должны знать:
основные понятия “модель”, “моделирование”;
виды моделей.
Учащиеся должны уметь:
приводить примеры различных моделей;
знать отличительные признаки различных моделей.
Ход урока:
Организационная часть
– приветствие
–проверка отсутствующих
Актуализация деятельности учащихся
Моделирование.
Человечество в своей деятельности (научной, образовательной, технологической, художественной) постоянно создает и использует модели окружающего мира. Строгие правила построения моделей сформулировать невозможно, однако человечество накопило богатый опыт моделирования различных объектов и процессов. (слайд №2).
Ребята, как вы думаете, для чего нужны модели? (Ответы учащихся).
Модели позволяют представить в наглядной форме объекты и процессы, недоступные для непосредственного восприятия (очень большие или очень маленькие объекты, очень быстрые или очень медленные процессы и др.). Наглядные модели часто используются в процессе обучения.
А какие примеры моделей вы можете привести из курса изучения предметов? (Ответы учащихся).
В курсе географии первые представления о нашей планете Земля мы получаем, изучая ее модель — глобус, в курсе физики изучаем работу двигателя внутреннего сгорания по его модели, в химии при изучении строения вещества используем модели молекул и кристаллических решеток, в биологии изучаем строение человека по анатомическим муляжам и др.
Модели играют чрезвычайно важную роль в проектировании и создании различных техническихустройств, машин и механизмов, зданий, электрических цепей и т. д. Без предварительного создания чертежа невозможно изготовить даже простую деталь, не говоря уже о сложном механизме.
В процессе проектирования зданий и сооружений кроме чертежей часто изготавливают макеты. В процессе разработки летательных аппаратов поведение их моделей в воздушных потоках исследуют в аэродинамической трубе. Разработка электрической схемы обязательно предшествует созданию электрических цепей и так далее.
Развитие науки невозможно без создания теоретических моделей (теорий, законов, гипотез и пр.), отражающих строение, свойства и поведение реальных объектов. Создание новых теоретических моделей иногда коренным образом меняет представление человечества об окружающем мире (гелиоцентрическая система мира Коперника, модель атома Резерфорда-Бора, модель расширяющейся Вселенной, модель генома человека и пр.). Адекватность теоретических моделей законам реального мира проверяется с помощью опытов и экспериментов.
Слайд №3.
Все художественное творчество фактически является процессом создания моделей.
Какие примеры моделей вы можете привести в художественном творчестве?
Например, такой литературный жанр, как басня, переносит реальные отношения между людьми на отношения между животными и фактически создает модели человеческих отношений. Более того, практически любое литературное произведение может рассматриваться как модель реальной человеческой жизни. Моделями, в художественной форме отражающими реальную действительность, являются также живописные полотна, скульптуры, театральные постановки и пр.
Слайд №5.
Давайте теперь попробуем сформулировать понятия «модель» и «моделирование».
Моделирование — это метод познания, состоящий в создании и исследовании моделей.
Модель — это некий новый объект, который отражает существенные особенности изучаемого объекта, явления или процесса.
Каждый объект имеет большое количество различных свойств. В процессе построения модели выделяются главные, наиболее существенные для проводимого исследования свойства. В процессе исследования аэродинамических качеств модели самолета в аэродинамической трубе важно, чтобы модель имела геометрическое подобие оригинала, но не важен, например, ее цвет. При построении электрических схем — моделей электрических цепей — необходимо учитывать порядок подключения элементов цепи друг к другу, но не важно их геометрическое расположение друг относительно друга и так далее.
Разные науки исследуют объекты и процессы под разными углами зрения и строят различные типы моделей.
В физике изучаются процессы взаимодействия и изменения объектов, в химии — их химический состав, в биологии — строение и поведение живых организмов и так далее.
Возьмем в качестве примера человека: в разных науках он исследуется в рамках различных моделей. В рамках механики его можно рассматривать как материальную точку, в химии — как объект, состоящий из различных химических веществ, в биологии — как систему, стремящуюся к самосохранению, и так далее.
С другой стороны, разные объекты могут описываться одной моделью. Так, в механике различные материальные тела (от планеты до песчинки) могут рассматриваться как материальные точки.
Один и тот же объект может иметь множество моделей, а разные объекты могут описываться одной моделью.
Никакая модель не может заменить сам объект. Но при решении конкретной задачи, когда нас интересуют определенные свойства изучаемого объекта, модель оказывается полезным, а подчас и единственным инструментом исследования.
На слайдах №5 и №6 представлены примеры моделей в различных науках.
Далее на слайде №7 учащимся предлагается классификация моделей.
Все модели можно разбить на два больших класса: модели 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 сооружений и др.). (слайд №8)
Информационные модели представляют объекты и процессы в образной или знаковой форме.
Образные модели (рисунки, фотографии и др.) представляют собой зрительные образы объектов, зафиксированные на каком-либо носителе информации (бумаге, фото- и кинопленке и др.). Широко используются образные информационные модели в образовании (учебные плакаты по различным предметам) и науках, где требуется классификация объектов по их внешним признакам (в ботанике, биологии, палеонтологии и др.).
Знаковые информационные модели строятся с использованием различных языков (знаковых систем). Знаковая информационная модель может быть представлена в форме текста (например, программы на языке программирования), формулы (например, второго закона Ньютона F=ma), таблицы (например, периодической таблицы элементов Д. И. Менделеева) и так далее.
Иногда при построении знаковых информационных моделей используются одновременно несколько различных языков. Примерами таких моделей могут служить географические карты, графики, диаграммы и пр. Во всех этих моделях используются одновременно как язык графических элементов, так и символьный язык. (Данная информация сопровождается показом слайдов №9 и №10).
Далее учащимся раскрывается понятие формализации. Данный материал излагает учащийся, заранее подготовленный. Изложение материала сопровождается показом слайдов №11 и №12.
На протяжении своей истории человечество использовало различные способы и инструменты для создания информационных моделей. Эти способы постоянно совершенствовались. Так, первые информационные модели создавались в форме наскальных рисунков, в настоящее же время информационные модели обычно строятся и исследуются с использованием современных компьютерных технологий.
Естественные языки используются для создания описательных информационных моделей. В истории науки известны многочисленные описательные информационные модели; например, гелиоцентрическая модель мира, которую предложил Коперник, формулировалась следующим образом:
Земля вращается вокруг своей оси и вокруг Солнца;
орбиты всех планет проходят вокруг Солнца.
С помощью формальных языков строятся формальные информационные модели (математические, логические и др.). Одним из наиболее широко используемых формальных языков является математика. Модели, построенные с использованием математических понятий и формул, называются математическими моделями. Язык математики является совокупностью формальных языков.
Язык алгебры позволяет формализовать функциональные зависимости между величинами. Так, Ньютон формализовал гелиоцентрическую систему мира, открыв законы механики и закон всемирного тяготения и записав их в виде алгебраических функциональных зависимостей. В школьном курсе физики рассматривается много разнообразных функциональных зависимостей, выраженных на языке алгебры, которые представляют собой математические модели изучаемых явлений или процессов.
Язык алгебры логики (алгебры высказываний) позволяет строить формальные логические модели. С помощью алгебры высказываний можно формализовать (записать в виде логических выражений) простые и сложные высказывания, выраженные на естественном языке. Построение логических моделей позволяет решать логические задачи, строить логические модели устройств компьютера (сумматора, триггера) и так далее.
В процессе познания окружающего мира человечество постоянно использует моделирование и формализацию. При изучении нового объекта сначала обычно строится его описательная информационная модель на естественном языке, затем она формализуется, то есть выражается с использованием формальных языков (математики, логики и др.).
Визуализация формальных моделей.
В процессе исследования формальных моделей часто производится их визуализация. Для визуализации алгоритмов используются блок-схемы: пространственных соотношений между объектами — чертежи, моделей электрических цепей — электрические схемы, логических моделей устройств — логические схемы и так далее.
Так при визуализации формальных физических моделей с помощью анимации может отображаться динамика процесса, производиться построение графиков изменения физических величин и так далее. Визуальные модели обычно являются интерактивными, то есть исследователь может менять начальные условия и параметры протекания процессов и наблюдать изменения в поведении модели.
Подведение итогов урока и первичное закрепление материала:
На экран выводится последний слайд с контрольными вопросами, задавая их учащимся, можно перейти на соответствующий слайд и восстановить в памяти объясненный материал.
Домашнее задание:
выучить конспект лекции
привести примеры информационных моделей в информатике
videouroki.net
В своей деятельности, художественной, научной, практической человек часто создает некий заменитель той системы, процесса или явления, с которым ему приходиться иметь дело. Целью подобной замены является изучение поведения некоторого объекта (от лат. objection—предмет), интересующего человека, в условиях более доступных (в познавательном плане) для организации и проведения подобных исследований, чем изучение оригинала в реальных условиях его эксплуатации. Это позволяет сформировать следующее утверждение:
Определение. объектом исследования может быть все то, на что направлена человеческая деятельность, т.е. любое событие, явление, субъект, предмет, система, связи, информация и т.д., иными словами любые материальные и нематериальные образования, которое в том или ином аспекте интересуют человека в процессе выполнения им своей деятельности.
Пример:
1. объект — Земля, и её заменитель — глобус;
2. объект — уголок природы, и его заменитель — картина или описание данного уголка природы;
3. объект — самолет, и его заменитель — модель самолета;
4. объект — железнодорожный вокзал, и его заменитель — расписание поездов;
5. объект — химический процесс, и его заменитель — формула химической реакции;
6. объект — токарный станок, и его заменитель — функциональная схема токарного станка и т.д.
Любой объект имеет большое количество различных свойств и характеристик, которые могут заинтересовать человека. Именно для выявления этих свойств и производится замена объекта-оригинала другим объектом, причем каждый раз подобная замена осуществляется с той или иной целью — для упрощения представления об оригинале; для изучения процессов, происходящих в нем и, в зависимости от этих целей, в заменителе отражаются те или иные свойства объекта-оригинала в рамках поставленной задачи его исследований.
Определение. Модельюисходного объекта, процесса или явления называется некий новый объект, который отражает все существенные свойства исходного объекта, процесса или явления.
Примечание.
Один и тот же объект-оригинал может иметь множество моделей, а разные объекты-оригиналы могут описываться одной и той же моделью.
Определение. Метод опосредованного познания, при котором изучаемый объект-оригинал находится в некотором соответствии с другим объектом-моделью, при этом модель способна в том или ином отношении замещать оригинал на некоторых стадиях познавательного процесса, называется методом моделированияили простомоделированием.
Стадии познания, на которых происходит такая замена, а также формы соответствия модели и оригинала могут быть различными:
§ Моделирование как познавательный процесс, содержащий переработку информации, поступающей из внешней среды, о происходящих в ней явлениях, в результате чего в сознании появляются новые образы, новые знания, соответствующие изучаемым объектам, которые в данном случае представляют собой внешнюю среду с любые объекты в ней находящиеся;
§ Моделирование, заключающееся в построении некоторой системы-модели (вторичной системы), связанной определенными соотношениями подобия с системой-оригиналом (исходной исследуемой системой), причем в этом случае отображение одной системы в другую является средством выявления зависимостей между двумя системами, отраженными в соотношениях подобия, а не результатом непосредственного изучения поступающей информации.
Любой объект может рассматриваться как целостная система, и любая система, являющаяся совокупностью взаимосвязанных элементов, может быть рассмотрена как отдельный объект.
Пример: модель молекулы вещества при изучении свойств самого вещества — это объект, но если модель построена для изучения свойств взаимодействия и строения атомов, ядра этой молекулы — то в этом аспекте подобная модель должна рассматриваться как система.
Определение. Система — это:
1. Внутренне организованная целостность, элементы которой взаимосвязаны так, что возникает, как минимум, одно новое качество, не свойственное ни одному из элементов этой целостности;
2. Организованное множество структурных элементов, взаимосвязанных и выполняющих определенные функции;
3. Любой объект, который одновременно рассматривается и как единое целое, и как совокупность разнородных элементов (объектов), объединенных для достижения определенного результата.
Определение. Элемент системы — составная часть системы, объект, выполняющий определенные функции в системе и в рамках данной задачи не подлежащий дальнейшему делению на части. В зависимости от вида системы элементами могут быть предметы, свойства, состояния, связи, отношения, этапы, циклы, уровни функционирования и развития.
Определение. Структура системы — выделение в системе элементов и связей между элементами, то есть определение того, как элементы соотносятся друг с другом.
Определение. Подсистема— совокупность элементов системы с их взаимосвязями. Это самостоятельная часть системы, цель которой подчинена цели функционирования системы в целом. Процесс расчленения системы на подсистемы называется декомпозиция системы.
Любая система обладает рядом основополагающих свойств:
§ целостность и делимость. С одной стороны, система – это совокупность объектов, которые могут быть рассмотрены как единое целое, мысленно ограниченное в пространстве или времени. С другой стороны, в системе могут быть выделены составляющие ее элементы. Удаление из системы элемента изменяет ее свойства.
§ структурность(взаимосвязность элементов). Характеристики системы, ее поведение зависят не только от свойств составляющих ее элементов, но и от способа их взаимосвязи, то есть от структуры системы.
§ неоднозначность соответствия «система – структура системы». Поскольку структура – это только некоторая характеристика системы, то и в зависимости от целей системы, можно выделить разные связи, признаки и свойства системы в качестве структурных. То есть в общем случае однозначного соответствия между системой и ее структурой нет.
§ интегративность. Системе присущи интегративные (системные) свойства, которые не свойственны ни одному из ее элементов в отдельности, но зависят от их свойств.
§ иерархичность. При изменении цели (задач) исследования каждый элемент или совокупность нескольких элементов системы могут рассматриваться как новые системы (подсистемы), а исследуемая система – как элемент более широкой системы (надсистемы).
§ взаимодействие со средой. Система проявляет свои свойства в процессе взаимодействия со средой.
Итак, признаком системы является ее целостное функционирование. Система является не набором отдельных элементов, а совокупностью взаимосвязанных элементов. Состояние системы характеризуется ее структурой, то есть составом и свойствами элементов, их отношениями и связями между собой. Если структура системы меняется, то система может перестать функционировать как целое.
www.ronl.ru
