Урок на тему "Информационное моделирование"

Информационное моделирование

Цели: знать и понимать суть информационного моделирования; иметь представление о возможностях информационного модели­рования; уметь выделять существенные признаки моделируемого объекта исходя из условий задачи.

Ход Урока

I. Организационный момент

II. Теоретический материал урока

Повторим материал средней школы. Первоначально вспомним, что такое объект. Основными характеристиками объекта являются во внешнем плане - форма, во внутреннем - содержание (структу­ра), которые и определяют функциональную значимость объекта (назначение и область применения). Именно данные три фактора позволяют выделять объекты, объединять их во множества и оп­ределенным образом делать некоторые обобщения. Рассмотрение множества объектов, объединенных единой целью функциониро­вания позволяет говорить уже о системе.

Человек в своем развитии проходит несколько этапов. Перво­начально он выделяет объекты по внешнему признаку, затем по­степенно появляются навыки обобщения объектов по внутренней структуре и внутреннему содержанию. Если воспитанники детского сада и ученики начальной школы объединяют объекты по цвету, то, став чуть постарше, они начинают уже различать их по форме, например треугольники и квадраты они будут отделять. А если начнут обращать внимание на то, что предметы сделаны из дерева и пластмассы, то это уже более высокий уровень обобщения.

Давайте рассмотрим Класс как систему. Какие объекты нахо­дятся в классе?

Можно пойти путем обобщения по признаку живые - неживые. К живым объектам относятся учитель и ученики. К неживым объ­ектам: парты, доска, стенды с наглядными пособиями.

• Почему мы выбрали объект «Класс» а не «Классная комната»?

Классная комната является элементом системы «Школа» и отно­сится к части здания, то есть это определенная форма, здесь присут­ствие таких объектов, как учитель и ученик, необязательно. А класс как система описывает уже содержание, и важны все перечисленные выше элементы.

• Какие еще объекты можно описать по предложенной схеме?

Для описания окружающего мира используют модели, позво­ляющие создать образ нужного нам объекта в том виде, в котором будет проще выделить стороны изучаемого объекта, необходимые для решения заданной задачи. Модель - это объект-заменитель, знак, символ, слово, реальный предмет, теоретическое (абстрактное) построение, состояние объекта, процесса, явления и т. д., представ­ляющая собой какую-либо характеристику, свойство, признак или совокупность характеристик, признаков или свойств.

Модель-это всегда упрощенное отражение объекта-оригинала. Для одного и того же объекта-оригинала можно построить множест­во моделей в зависимости от цели моделирования. Моделью могут быть физический материальный объект, система математических зависимостей, программа, имитирующая структуру или функциони­рование имитируемого объекта. Основное требование к модели - ее адекватность объекту-оригиналу относительно моделируемых ха­рактеристик.

Процесс создания модели объекта называют моделировани­ем. Или моделирование - это процесс представления различных характеристик поведения физического или абстрактного объекта (системы, реального физического процесса, явления, состояния и пр.) с помощью другого физического или абстрактного объекта или системы. В процессе моделирования должны присутствовать как минимум три участника: моделирующий субъект (человек), мо­делируемый объект (объект-оригинал) и объект-заменитель - соб­ственно модель. Создание модели с целью познания - это итера­ционный процесс, при котором модель сравнивается с оригиналом и уточняется, что происходит в условиях постоянного изменения объекта-оригинала.

Использование метода моделирования позволяет преодолеть трудность исследования элементов, входящих в несколько целостно и качественно различных систем. Моделирование как метод науч­ного познания в логическом плане является дальнейшим приемом упрощения и схематизации, облегчающим понимание закономер­ностей постоянно движущейся природы. Более точное определение понятия «моделирование» будет звучать таким образом: моделиро­вание есть метод опосредованного познания различных объектов путем построения их моделей (сохраняющих некоторые основные особенности этих объектов) с последующим изучением функцио­нирования полученных моделей и переносом добытых знаний на предмет исследования.

Рассмотрим типологию моделирования по В.А. Веникову" (рис. 6).

Применительно к естественным и техническим наукам принято различать следующие виды моделирования:

• концептуальное моделирование, при котором совокупность уже известных фактов или представлений относительно ис­следуемого объекта или системы истолковывается с помо­щью некоторых специальных знаков, символов, операций над ними или с помощью естественного или искусственного языков;

• физическое моделирование, при котором модель и моде­лируемый объект представляют собой реальные объекты или процессы единой или различной физической природы, причем между процессами в объекте-оригинале и в модели выполняются некоторые соотношения подобия, вытекающие из схожести физических явлений;

• структурно-функциональное моделирование, при котором моделями являются схемы (блок-схемы), графики, чертежи,

диаграммы, таблицы, рисунки, дополненные специальными правилами их объединения и преобразования; ' математическое (логико-математическое) моделирова­ние, при котором моделирование, включая построение мо­дели, осуществляется средствами математики и логики;

• имитационное (программное) моделирование, при котором логико-математическая модель исследуемого объекта пред­ставляет собой алгоритм функционирования объекта, реали­зованный в виде программного комплекса для компьютера.

С процессом моделирования тесно связан другой метод информатики - формализация. Чтобы определить суть данного понятия, роще обратиться к понятию «форма», то есть в процессе формализации мы не просто разрабатываем некую модель, но прежде всего задаем форму этой модели.

Рассмотрим несколько определений понятия «формализация».

• Это - представление какой-либо содержательной области зна­ния (научной теории, рассуждения, процедур поиска и т. п.) в виде формальной системы или исчисления.

• Это - представление информации об исследуемом объекте с помощью знаков и знаковых систем.

• Это- основной метод информатики наряду с моделированием, который характеризуется способами приведения (сведения) существенных свойств и признаков объекта моделирования к заранее обусловленной форме.

В информатике используются два метода моделирования - ин­формационное моделирование и математическое моделирование. также различают:

• моделирование аналитическое - описание объекта модели­рования (задачи, процесса, системы) с помощью математи­ческих формул и логических выражений;

• моделирование имитационное (исследование сложной сис­темы на ее модели);

• моделирование концептуальное (создание и оптимизация модели данных в терминах СУБД);

• моделирование машинное (функциональное моделирование проектируемого объекта на компьютере);

• моделирование мышления (разработка и использования ме­тодов смысловой передачи содержания данных формальным способом при сохранении независимости от реализации);

• моделирование семантическое (математическое описание объекта моделирования);

• моделирование компьютерное (исполнение компьютерной программы, в которую заложена возможность автоматиче­ского или ручного изменения параметров моделируемого объекта).

Модель информационная - понятие, обозначающее модель объекта-оригинала, в которой отражены информационные аспекты моделируемого объекта в виде знаков, символов, слов, теорети­ческих (абстрактных) построений, теорий, учений, таблиц, алго­ритмов, описаний и т. д. Способ представления информационной модели зависит от цели моделирования. К информационным мо­делям можно отнести модель математическую, то есть модель объекта-оригинала, в которой отражены информационные аспекты моделируемою объекта (теории, учения, функции, зависимости) в виде формализованных знаковых конструкций - формул. Любая формула, отражающая какую-либо закономерность, - это матема­тическая модель.

Информационное моделирование еще называют функциональ­ным, потому что моделируется не сам объект, а только его опре­деленные функции. Например, моделируя нейрон (клетку мозга), не изучают происходящие в нем химические процессы, а добива­ются лишь того, чтобы модель нейрона обладала ею способностью воспринимать и передавать информацию в форме электрических сигналов.

К информационным моделям можно отнести и компьютерную модель - понятие, обозначающее результат исполнения компьютер­ной программы, в которую заложена возможность автоматического или ручного изменения параметров моделируемого объекта. Благо­даря большому быстродействию компьютера на экране дисплея от­ражается заложенное математической формулой изменение траекто­рии движения, скорости движения, формы н размера объекта. Ярким примером компьютерного моделирования могут служить компью­терные игры. Компьютерное моделирование широко используется в научных исследованиях, при создании мультфильмов, в которых объекты совершают не пустое техническое движение, а движение, наполненное смыслом.

III. Закрепление изученного материала

• Приведите примеры различных видов моделей: наглядно-образных, знаковых, математических.

• Перечислите все отличительные свойства мысленных и ма­териальных моделей.

IV. Выполнение практического задания

Разработайте на выбор различные модели объектов: машина, человек, космический спутник. Для визуального представления моделей можно воспользоваться любыми программными сред­ствами.

Методические рекомендации. Способов классификации мо­делей и процессов моделирования очень много. Нельзя выделить какой-либо правильный тип и назвать остальные неправильными. В любой классификации есть собственная логика. Можно говорить лишь о том, почему вам больше нравится именно этот подход. На данном уроке можно предложить типы моделирования других ав­торов и подчеркнуть, что существование различных теорий и ос­нований для деления понятия отражает лишь сложность рассмат­риваемого процесса. Многократное акцентирование внимания на эту особенность развития научных теорий позволяет формировать толерантность (терпимость) к чужому мнению.