Урок информатики «Основные этапы разработки и исследования моделей на компьютере»
Цель урока: организовать совместную учебную деятельность для формирования и развития исследовательских навыков учащихся; создать условия для освоения технологии моделирования.
Должны знать: основные этапы разработки и исследования моделей на компьютере.
Должны уметь: построить модель объекта или процесса согласно поставленной цели.
Использование компьютера для исследования информационных моделей различных объектов и систем позволяет изучить их изменения в зависимости от значения тех или иных параметров. Процесс разработки моделей и их исследования на компьютере можно разделить на несколько основных этапов.
На первом этапе исследования объекта или процесса обычно строится описательная информационная модель. Такая модель выделяет существенные с точки зрения целей проводимого исследования параметры объекта, а несущественными параметрами пренебрегает.
На втором этапе создается формализованная модель, то есть описательная информационная модель записывается с помощью какого-либо формального языка. В такой модели с помощью формул, уравнений, неравенств и пр. фиксируются формальные соотношения между начальными и конечными значениями свойств объектов, а также накладываются ограничения на допустимые значения этих свойств.
Однако далеко не всегда удается найти формулы, явно выражающие искомые величины через исходные данные. В таких случаях используются приближенные математические методы, позволяющие получать результаты с заданной точностью.
На третьем этапе необходимо формализованную информационную модель преобразовать в компьютерную модель, то есть выразить ее на понятном для компьютера языке. Существуют два принципиально различных пути построения компьютерной модели:
1) построение алгоритма решения задачи и его кодирование на одном из языков программирования;
2) построение компьютерной модели с использованием одного из приложений (электронных таблиц, СУБД и пр.).
В процессе создания компьютерной модели полезно разработать удобный графический интерфейс, который позволит визуализировать формальную модель, а также реализовать интерактивный диалог человека с компьютером на этапе исследования модели.
Четвертый этап исследования информационной модели состоит в проведении компьютерного эксперимента. Если компьютерная модель существует в виде программы на одном из языков программирования, ее нужно запустить на выполнение и получить результаты.
Если компьютерная модель исследуется в приложении, например в электронных таблицах, можно провести сортировку или поиск данных, построить диаграмму или график и так далее.
Пятый этап состоит в анализе полученных результатов и корректировке исследуемой модели. В случае различия результатов, полученных при исследовании информационной модели, с измеряемыми параметрами реальных объектов можно сделать вывод, что на предыдущих этапах построения модели были допущены ошибки или неточности. Например, при построении описательной качественной модели могут быть неправильно отобраны существенные свойства объектов, в процессе формализации могут быть допущены ошибки в формулах и так далее. В этих случаях необходимо провести корректировку модели, причем уточнение модели может проводиться многократно, пока анализ результатов не покажет их соответствие изучаемому объекту.
Вопросы для размышления
1. В каких случаях могут быть опущены отдельные этапы построения и исследования модели? Приведите примеры создания моделей в процессе обучения.
На сегодняшнем уроке я предлагаю вам построить информационную модель качеств своей личности и исследовать её с целью определения профессиональных предпочтений.
(Раздаточный материал (Приложение 1) выдан учащимся в начале урока, на “Рабочем столе” компьютера находится Таблица 2)
Все люди делятся на “левополушарных” (Л) и “правополушарных” (П). У “левополушарных” преобладает логический тип мышления. Они, в общем-то, оптимисты и считают, что большую часть своих проблем решат самостоятельно.
Если Вы “левополушарный”, то, как правило, без особого труда вступаете в контакт с людьми. В работе и житейских делах больше полагаетесь на расчет, чем на интуицию. Испытываете больше доверия к информации, полученной из печати, чем к собственным впечатлениям.
Вам легче даются виды деятельности, требующие логического мышления. Если профессия, к которой вы стремитесь, требует именно логических способностей, то вам повезло. Вы можете стать хорошим математиком, преподавателем точных наук, конструктором, организатором производства, программистом ЭВМ, пилотом, водителем, чертежником. продолжите этот список сами.
2. “Правополушарный” – это означает, что вы человек художественного склада. Представитель этого типа склонен к некоторому пессимизму. Предпочитаете полагаться больше на собственные чувства, чем на логический анализ событий, и при этом зачастую не обманыва е тесь. Не очень общителны, но зато можете продуктивно работать даже в неблагоприятных условиях (шум, различные помехи и т. п.). Вас ожидает успех в таких областях деятельности, где требуются способности к образному мышлению, – художник, актер, архитектор, врач, воспитатель.
3. Перед человеком, в равной степени сочетающим в себе признаки логического и художественного мышления, открывается широкое поле деятельности. Зоны его успеха там, где требуется умение быть последовательным в работе и одновременно образно, цельно воспринимать события, быстро и тщательно продумывать свои поступки даже в экстремальной ситуации. Управленец и испытатель сложных технических систем, лектор и полководец – все эти профессии требуют гармоничного взаимодействия противоположных типов мышления.
Свою принадлежность к художникам или мыслителям можно выявить и по некоторым биологическим признакам. Проведем несложный экспресс-ана л из.
А. Переплетите пальцы рук. Сверху оказался большой палец левой руки (Л) или правой (П)? Запишите результат.
Б. Сделайте в листе бумаги небольшое отверстие и посмотрите сквозь него двумя глазами на какой-либо предмет. Поочередно закрывайте то один, то другой глаз. Предмет смещается, если вы закрываете правый глаз или левый?
В. Станьте в “позу Наполеона”, скрестив руки на груди. Какая рука оказалась сверху?
Г. Попробуйте изобразить “бурные аплодисменты”. Какая ладонь сверху?
Теперь посмотрим, что у вас получилось.
ПППП – обладатель такой характеристики консервативен, предпочитает общепринятые формы поведения.
ПППЛ – темперамент слабый, преобладает нерешительность.
ППЛП – характер сильный, энергичный, артистический. При общении с таким человеком не помешают решительность и чувство юмора.
ППЛЛ – характер близок к предыдущему типу, но более мягок, контактен, медленнее привыкает к новой обстановке. Встречается довольно редко.
ПЛПП – аналитический склад ума, основная черта – мягкость, осторожность. Избегает конфликтов, терпим и расчетлив, в отношениях предпочитает дистанцию.
ПЛПЛ – слабый тип, встречается только среди женщин. Характерны подверженность различным влияниям, беззащитность, но вместе с тем способность идти на конфликт.
ПЛЛП – артистизм, некоторое непостоянство, склонность к новым впечатлениям. В общении смел, умеет избегать конфликтов и переключаться на новый тип поведения, Среди женщин встречается примерно вдвое чаще, чем среди мужчин.
ПЛЛЛ – а этот тип, наоборот, более характерен для мужчин. Отличается независимостью, непостоянством и аналитическим складом ума.
ЛППП – один из наиболее распространенных типов. Он эмоционален, легко контактирует практически со всеми, Однако недостаточно настойчив, подвержен чужому влиянию.
ЛППЛ – похож на предыдущий тип, но еще менее настойчив, мягок и наивен. Требует особо бережного отношения к себе.
ЛПЛП – это самый сильный тип характера. Настойчив, энергичен, трудно поддается убеждению. Несколько консервативен из-за того, что нередко пренебрегает чужим мнением.
ЛПЛЛ – характер сильный, но ненавязчивый. Внутренняя агрессивность прикрыта внешней мягкостью. Способен к быстрому взаимодействию, но взаимопонимание при этом отстает.
ЛЛПП – характерны дружелюбие, простота, некоторая разбросанность интересов.
ЛЛПЛ – простодушие, мягкость, доверчивость – вот его основные черты. Очень редкий тип, у мужчин практически не встречается.
ЛЛЛП – эмоциональность в сочетании с решительностью приводит к непродуманным поступкам. Энергичен.
ЛЛЛЛ – обладает способностью по-новому взглянуть на вещи. Ярко выраженная эмоциональность сочетается с индивидуализмом, упорством и некоторой замкнутостью.
По мнению авторов этого теста, совпадающие результаты тестирования разных людей говорят о психологической совместимости личностей, в то время как полные антиподы совместимы очень редко.
Как вы заметили, сочетание ЛЛЛЛ соответствует художественному типу, а ПППП присуще мыслителям. Но поскольку в чистом виде эти типы встречаются нечасто, то остальные сочетания в какой-то мере отражают существующее многообразие психологических структур. Впрочем, предложенная классификация – лишь первый шаг к познанию самого себя. Сделаем следующий.
Не так уж много на земле профессий, позволяющих обходиться без общения с людьми. Поэтому вы поступите правильно, если обратите внимание на такие качества, как общительность, контактность. Они полезны не только обаятельным кинозвездам, но и каждому, кто хочет с толком использовать свой дар речи. Поэтому поставим вопрос таким образом: куда вы обращены – к людям или к себе? С кем бы вы предпочли общаться – с самим собой или с другими?
1–12 баллов. Интроверт. Обращенный в себя, он с трудом вступает в контакт, в компании способен нагнать на всех тоску. Такой человек ориентирован в основном на собственные чувства, сдержан, застенчив, общению предпочитает книгу. В решениях серьезен, эмоциям не доверяет, любит порядок. Пессимистичен, и поэтому вряд ли из него получится хороший педагог или организатор. По темпераменту обычно флегматик или меланхолик.
13–24 балла. Амбаверт. Для него характерны спокойные, ровные отношения с людьми, ответственность за свои поступки. Именно такими качествами обладают, как правило, лучшие руководители, педагоги – словом, все, чья работа требует умения общаться с людьми.
25–36 баллов. Экстраверт. Словоохотливый, общительный оптимист, любит каверзные вопросы, острые шутки. Общение с кем бы то ни было для него не проблема, и тут он прекрасный импровизатор. Все у него получается легко и непринужденно. Но не менее легко относится и к собственным обязательствам, и поэтому хозяином своего слова его можно назвать лишь с иронией. Несдержан, потому что не считает нужным контролировать эмоции и чувства. Такой человек обычно холерик или сангвиник.
Внесите, пожалуйста, в таблицу 2 (см. Приложение 2), находящуюся на “Рабочем столе” полученные характеристики.
3. Склонности и предпочтения
Специальные методики помогают выявлять способности и склонности человека быстро и в широком диапазоне. Таких методик уже сотни, но все равно их недостаточно. Ведь далеко не все области человеческой деятельности настолько простоты, что к ним можно сформулировать четкие, однозначные требования. Тем не менее известный психолог Е. А. Климов разделил все профессии на пять групп: к первой он отнес профессии типа “человек – природа” (например, лесовод, агроном, биолог), ко второй – “человек – техника” (слесарь, механизатор, монтажник), к третьей – “человек – человек” (педагог, медсестра, администратор), к четвертой – “человек – знаковая система” (стенографистка, оператор ЭВМ, математик), к пятой – “человек – художественный образ” (ювелир, фотограф, художник).
Ответив на следующие вопросы, вы можете определить, какой тип профессий предпочитаете. Нравится ли вам занятие, о котором говорится в левой части вопроса (колонка а), или нет? Что для Вас предпочтительнее? Выберите вариант ответа.
| № | а | б |
| 1 | Ухаживать за животными | Обслуживать машины, приборы |
| 2 | Лечить больных | Составлять компьютерные программы |
| 3 | Следить за качеством книжных иллюстраций, плакатов | Следить за состоянием и развитием растений |
| 4 | Обрабатывать материалы (дерево, ткань, металл) | Рекламировать, продавать товары |
| 5 | Обсуждать научно-популярные статьи | Обсуждать пьесы, концерты |
| 6 | Выращивать животных | Помогать товарищам в работе, спорте |
| 7 | Настраивать музыкальные инструменты | Управлять трактором, тепловозом |
| 8 | Давать людям информацию (в справочном бюро, на экскурсии) | Оформлять выставки, участвовать в подготовке концертов |
| 9 | Ремонтировать вещи, изделия | Искать и справлять ошибки в текстах, рисунках |
| 10 | Лечить животных | Выполнять вычисления, расчеты |
| 11 | Выводить новые сорта растений | Конструировать машины, проектировать дома |
| 12 | Разбирать споры между людьми, убеждать, разъяснять | Разбираться в чертежах, схемах |
| 13 | Наблюдать за работой художественной самодеятельности | Изучать жизнь микробов |
| 14 | Налаживать медицинские приборы | Оказывать людям медицинскую помощь |
| 15 | Составлять отчеты о наблюдаемых явлениях | Художественно описывать события |
| 16 | Делать лабораторные анализы в больнице | Осматривать больных, назначать лечение |
| 17 | Красить стены, расписывать изделия | Монтировать здания, собирать машины |
| 18 | Организовывать культпоходы, экскурсии | Участвовать в концертах, спектаклях |
| 19 | Изготовлять детали, строить здания | Чертить, копировать карты |
| 20 | Бороться с болезнями растений | Работать на компьютере |
Выбранные варианты ответов обведите, пожалуйста, в таблице 3
Основные этапы моделирования
Описание разработки
Основные этапы моделирования:
I этап. Постановка задачи
II этап.Разработка модели
III этап. Компьютерный эксперимент
IV этап. Анализ результатов моделирования.
По характеру постановки все задачи можно разделить на три группы:
К первой группе можно отнести задачи, в которых требуется исследовать, как изменятся характеристики объекта при некотором воздействии на него: «что будет, если. ».
Например, будет ли сладко, если в чай положить две чайные ложки сахара?
Вторая группа задач имеет такую формулировку: какое надо произвести воздействие на объект, чтобы его параметры удовлетворяли некоторому заданному условию? Такая постановка задачи часто называется «как сделать, чтобы. ».
Например, какого объема должен быть воздушный шар, наполненный гелием, чтобы он мог подняться вверх с грузом 100 кг?
Третья группа – это комплексные задачи.
Примером такого комплексного подхода может служить решение задачи о получении химического раствора заданной концентрации.
II этап Разработка модели
Следующий шаг – это преобразование информационной модели в компьютерную модель, т.е. выразить ее на понятном для компьютера языке.
Содержимое разработки
Черемных Мариана Федоровна учитель математики и информатики МБОУ «СОШ № 1» Иркутская область г. Усть-Илимск
I этап. Постановка задачи
II этап. Разработка модели
III этап. Компьютерный эксперимент
IV этап. Анализ результатов
Результаты соответствуют цели
Результаты не соответствуют цели
По характеру постановки все задачи можно разделить на три группы:
Например, будет ли сладко, если в чай положить две чайные ложки сахара?
Например, какого объема должен быть воздушный шар, наполненный гелием, чтобы он мог подняться вверх с грузом 100 кг?
Примером такого комплексного подхода может служить решение задачи о получении химического раствора заданной концентрации.
Данный этап характеризуется двумя основными моментами:
При описании задачи создается описательная модель с использованием естественных языков и рисунков.
(задача не имеет решений).
2. Определение цели моделирования
Определение цели моделирования позволяет четко установить, какие исходные данные являются важными, какие — несущественны и что требуется получить на выходе.
1. Информационная модель
2. Компьютерная модель
Эксперимент – это исследование модели в заданных условиях.
1. Тестирование компьютерной модели
Тестирование – это проверка модели на исходных данных с известным результатом.
Для проверки правильности алгоритма построения модели используется тестовый набор исходных данных, для которых конечный результат заранее известен.
2. Исследование компьютерной модели
Если алгоритм построенной модели верный, то можно перейти ко второму пункту компьютерного эксперимента – проведение исследования компьютерной модели.
При проведении исследования, если компьютерная модель существует в виде проекта на одном из языков программирования, ее нужно запустить на выполнение, ввести исходные данные и получить результаты.
Если компьютерная модель исследуется, например, в электронных таблицах, то можно построить диаграмму или график.
Конечная цель моделирования – это анализ полученных результатов.
Основой выработки решения служат результаты тестирования и экспериментов.
Если ошибки выявлены, то требуется корректировка модели , то есть возврат к одному из предыдущих этапов. Процесс повторяется до тех пор, пока результаты эксперимента не будут отвечать целям моделирования.
Рассмотрим задачи, на примере которых проследим этапы моделирования.
Набрать и подготовить к печати текст.
Эта задача относится к постановке «что будет, если. ».
Набор текста. Информационная модель
С чего начинается построение модели информатика
Жизнедеятельность любого организма или нормальное функционирование технического устройства связаны с процессами управления. Процессы управления включают в себя получение, хранение, преобразование и передачу информации.
без дирижера большой оркестр не может согласованно исполнить музыкальное произведение, а хоккейная или баскетбольная команда обязательно имеет одного или нескольких тренеров, которые организуют подготовку спортсменов к соревнованиям.
Процесс управления имеет определенные общие закономерности. Их изучением занимается специальная наука, которая называем кибернетикой. Основоположником кибернетики считается американский ученый Норберт Винер. Большой вклад в развитие теоретической и прикладной кибернетики внесли русские ученые: академики A. Берг и В. Глушков.
Разомкнутая схема управления
В простейшем случае управляющий объект посылает свои команды исполнительному объекту, без учета его состояния. В этом случае воздействия передаются только в одном направлении, такая система называется разомкнутой.
Такой процесс не учитывает состояние управляемого объекта и обеспечивает управление по прямому каналу (от управляющего объекта к управляемому). Подобные системы управления называются разомкнутыми. Информационную модель разомкнутой системы управления можно наглядно представить с помощью следующей схемы:
Разомкнутыми системами являются всевозможные информационные табло на вокзалах и аэропортах, которые управляют перемещениями пассажиров. К рассматриваемому классу систем можно стнести и современные программируемые бытовые приборы.
Как правило, описанная схема управления не очень эффективна и нормально работает только до возникновения экстремальных условий. Так, при больших потоках транспорта возникают пробки, в аэропортах и вокзалах приходится дополнительно открывать справочные бюро, в микроволновой печи при неправильной программе может произойти перегрев и. т. п.
Замкнутая схема управления. Обратная связь
В том случае, когда управляющий объект получает информацию о реальном положении управляемого объекта по каналу обратной связи и производит необходимые перемещения по прямому каналу управления, система управления называются замкнутой. Информационная модель замкнутой системы управления наглядно представлена на схеме:
Главным принципом управления в замкнутой системе является выдача управляющих команд в зависимости от получаемых сигналов обратной связи. В такой системе управляющий объект стремится скомпенсировать любое отклонение управляемого объекта от состояния, предусмотренного целями управления.
Обратную связь, при которой управляющий сигнал стремится уменьшить (скомпенсировать) отклонение от некоторой поддерживаемой величины, принято называть отрицательной.
Примеры: Потовыделение у животных.Регулятор температуры в холодильниках
Тип обратной связи, при котором изменение выходного сигнала системы приводит к такому изменению входного сигнала, которое способствует дальнейшему отклонению выходного сигнала от первоначального значения, принято называть положительной.
Пример: Микрофон рядом с динамиком может создать сильный шум.
Д.з: Прочитать стр. 152-163 учебника. Устно ответить на вопросы в конце параграфов
Презентация урока
Презентация была опубликована 8 лет назад пользователемМарина Туровская
Похожие презентации
Презентация на тему: » Основные этапы построения моделей. Формализация моделирования Разработана учителем информатики и ИКТ Константиновской СОШ Осиповой Н.А. 2007 г.» — Транскрипт:
1 Основные этапы построения моделей. Формализация моделирования Разработана учителем информатики и ИКТ Константиновской СОШ Осиповой Н.А г.
2 Формы информационных моделей Образная (зрительные образы зафиксированы на каком-либо носителе информации) Фото, видео, и т.д Знаковая (модели описываются с использованием различных языков) Текст, формула, таблица и т.д.
3 Языки Естественные Используются для построения словесных, описательных моделей ( литературные произведения, описания географических объектов, описание жизненных ситуаций) Формальные Используются для построения формально- логических моделей ( математические, логические, специальные)
4 Процесс построения информационных моделей с помощью формальных языков называется формализацией Формализация является одним из важнейших этапов моделирования.
5 Основные этапы построения моделей 1. Постановка задачи. Описание задачи Цель моделирования Анализ объекта
6 2. Разработка модели Информационная модель Знаковая модель Компьютерная модель
7 3. Компьютерный эксперимент План моделирования Технология моделирования 4. Анализ результатов
8 Вопросы: Назови формы представления информационных моделей К каким языкам относится математический язык? Как называется процесс построения информационных моделей с помощью формальных языков? Перечисли этапы создания модели
9 Домашнее задание Учить записи Разработать процесс моделирования летательного аппарата
10 Основные этапы построения моделей 1. Постановка задачи. Описание задачи Цель моделирования Анализ объекта 2. Разработка модели Информационная модель Знаковая модель Компьютерная модель 3. Компьютерный эксперимент План моделирования Технология моделирования 4. Анализ результатов