Информационное моделирование в образовании – ЭНЦИКЛОПЕДИЯ УЧИТЕЛЯ ИНФОРМАТИКИ. IV. Информационное моделирование

Статья «Информационное моделирование в рамках ФГОС»

Методическое сопровождение.

Проект-практикум: «Информационное моделирование в рамках ФГОС» рассматривался в рамках городского методического объединения учителей информатики города Серпухова.

Аннотация

Обучение информационному моделированию обладает приоритетной способностью обеспечивать результативность образования во всей совокупности ее элементов, а следовательно мы рассматриваем предметные результаты, определяемые проектом ФГОС по уровням.

Информационные модели как метод познания. Информационные (нематериальные) модели. Назначение и виды ИМ.

Объект, субъект, цель моделирования.

Адекватность моделей моделируемым объектам и целям моделирования.

Формы представления моделей: описание, таблица, формула, граф, чертеж, рисунок, схема.

Основные этапы построения моделей. Формализация как важнейший этап моделирования.

Компьютерное моделирование и его виды: расчетные, графические, имитационные модели.

Структурирование данных. Структура данных как модель предметной области. Алгоритм как модель деятельности. Гипертекст как модель организации поисковых систем.

Примеры моделирования социальных, биологических и технических систем и процессов.

Модель процесса управления. Цель управления, воздействия внешней среды. Управление как подготовка, принятие решения и выработка управляющего воздействия. Роль обратной связи в управлении.

Замкнутые и разомкнутые системы управления. Самоуправляемые системы, их особенности.

Понятие о сложных системах управления, принцип иерархичности систем. Самоорганизующиеся системы.

Использование информационных моделей в учебной и познавательной деятельности.

Автор: Трунова Елена Викторовна

Должность: учитель информатики, стаж -24 года

Квалификационная категория — высшая

Место работы: муниципальное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа №2» города Серпухова.

Республика/край, город/населенный пункт: Московская область город Серпухов

Контактный для пользователей e-mail: [email protected]

www.metod-kopilka.ru

Информационное моделирование

Реферат

на тему:

«Информационное моделирование»

1. Моделирование как метод решения прикладных задач

С точки зрения информатики, решение любой производственной или научной задачи описывается следующей технологической цепочкой: «реальный объект — модель — алгоритм — программа — результаты — реальный объект». В этой цепочке очень важную роль играет звено «модель», как необходимый, обязательный этап решения этой задачи. Под моделью при этом понимается некоторый мысленный образ реального объекта (системы), отражающий существенные свойства объекта и заменяющий его в процессе решения задачи.

Модель — очень широкое понятие, включающее в себя множество способов представления изучаемой реальности. Различают модели материальные (натурные) и идеальные (абстрактные). Материальные модели основываются на чем-то объективном, существующем независимо от человеческого сознания (каких-либо телах или процессах). Материальные модели делят на физические (например, авто- и авиамодели) и аналоговые, основанные на процессах, аналогичных в каком-то отношении изучаемому (например, процессы в электрических цепях оказываются аналогичными многим механическим, химическим, биологическим и даже социальным процессам и могут быть использованы для их моделирования). Границу между физическими и аналоговыми моделями провести можно весьма приблизительно и такая классификация моделей носит условный характер.

Еще более сложную картину представляют идеальные модели, неразрывным образом связанные с человеческим мышлением, воображением, восприятием. Среди идеальных моделей можно выделить интуитивные модели, к которым относятся, например, произведения искусства — живопись, скульптура, литература, театр и т.д., но единого подхода к классификации остальных видов идеальных моделей нет. Иногда эти модели все разом относят к информационным. В основе такого подхода лежит расширительное толкование понятия «информация»: «информацией является почти все на свете, а может быть, даже вообще все». Такой подход является не вполне оправданным, так как он переносит информационную природу познания на суть используемых в процессе моделей — при этом любая модель является информационной. Более продуктивным представляется такой подход к классификации идеальных моделей, при котором различают следующие.

1. Вербальные (текстовые) модели. Эти модели используют последовательности предложений на формализованных диалектах естественного языка для описания той или иной области действительности (примерами такого рода моделей являются милицейский протокол, правила дорожного движения, настоящий учебник).

2. Математические модели — очень широкий класс знаковых моделей (основанных на формальных языках над конечными алфавитами), широко использующих те или иные математические методы. Например, можно рассмотреть математическую модель звезды. Эта модель будет представлять собой сложную систему уравнений, описывающих физические процессы, происходящие в недрах звезды. Математической моделью другого рода являются, например, математические соотношения, позволяющие рассчитать оптимальный (наилучший с экономической точки зрения) план работы какого-либо предприятия.

3. Информационные модели — класс знаковых моделей, описывающих информационные процессы (возникновение, передачу, преобразование и использование информации) в системах самой разнообразной природы.

Граница между вербальными, математическими и информационными моделями может быть проведена весьма условно; возможно, информационные модели следовало бы считать подклассом математических моделей. Однако, в рамках информатики как самостоятельной науки, отдельной от математики, физики, лингвистики и других наук, выделение класса информационных моделей является целесообразным. Информатика имеет самое непосредственное отношение и к математическим моделям, поскольку они являются основой применения компьютера при решении задач различной природы: математическая модель исследуемого процесса или явления на определенной стадии исследования преобразуется в компьютерную (вычислительную) модель, которая затем превращается в алгоритм и компьютерную программу, рис. 1.37.

Рис. 1.37. Обобщенная схема компьютерного математического моделирования

2. Основные понятия информационного моделирования

Остановимся на информационных моделях, отражающих процессы возникновения, передачи, преобразования и использования информации в системах различной природы. Начнем с определения простейших понятий информационного моделирования.

Экземпляром будем называть представление предмета реального мира с помощью некоторого набора его характеристик, существенных для решения данной информационной задачи (служащей контекстом построения информационной модели). Множество экземпляров, имеющих одни и те же характеристики и подчиняющиеся одним и тем же правилам, называется объектом.

Рис. 1.38. Пример абстрагирования при построении информационной модели

Таким образом, объект есть абстракция предметов реального мира, объединяемых общими характеристиками и поведением, рис. 1.38.

Информационная модель какой-либо реальной системы состоит из объектов. Каждый объект в модели должен быть обеспечен уникальным и значимым именем (а также идентификатором, служащим ключом для указания этого объекта, связи его с другими объектами модели). Таким образом обозначение, наименование объекта -это элементарная процедура, лежащая в основе информационного моделирования.

Объект представляет собой один типичный (но неопределенный) экземпляр чего-то в реальном мире и является простейшей информационной моделью. Объекты представляют некие «сущности» предметов реального мира, связанные с решаемой задачей.

Большинство объектов, с которыми приходится встречаться, относятся к одной из следующих категорий:

реальные объекты;

роли;

события;

взаимодействия;

спецификации.

Реальный объект — это абстракция физически существующих предметов. Например, на автомобильном заводе это кузов автомобиля, двигатель, коробка передач; при перевозке грузов это контейнер, средство перевозки.

Роль — абстракция цели или назначения человека, части оборудования или учреждения (организации). Например, в университете как в учебном заведении это студент, преподаватель, декан; в университете как в учреждении это приемная комиссия, отдел кадров, бухгалтерия, деканат.

Событие — абстракция чего-то случившегося. Например, поступление заявления от абитуриента в приемную комиссию Университета, сдача (или несдача) экзамена.

Взаимодействия — объекты, получаемые из отношений между другими объектами. Например, сделка, контракт (договор) между двумя сторонами, свидетельство об образовании, выдаваемое учебным заведением его выпускнику.

Объекты-спецификации используются для представления правил, стандартов или критериев качества. Например, перечень знаний, умений и навыков выпускника математического факультета, рецепт проявления фотопленки.

Для каждого объекта должно существовать его описание — короткое информационное утверждение, позволяющее установить, является некоторый предмет экземпляром объекта или нет. Например, описание объекта «Абитуриент университета» может быть следующим: человек в возрасте до 35 лет, имеющий среднее образование, подавший в приемную комиссию документы и заявление о приеме.

Предметы реального мира имеют характеристики (такие, например, как имя, название, регистрационный номер, дата изготовления, вес и т.д.). Каждая отдельная характеристика, общая для всех возможных экземпляров объекта, называется атрибутом. Для каждого экземпляра атрибут принимает определенное значение. Так, объект Книга имеет атрибуты Автор, Название, Год издания. Число страниц.

У каждого объекта должен быть идентификатор — множество из одного или более атрибутов, значения которых определяют каждый экземпляр объекта. Для книги атрибуты Автор и Название совместно образуют идентификатор. В тоже время Год издания и Число страниц идентификаторами быть не могут — ни врозь, ни совместно, так как не определяют объект. Объект может иметь и несколько идентификаторов, каждый из которых составлен из одного или нескольких атрибутов. Один из них может быть выбран как привилегированный для соответствующей ситуации.

Объект может быть представлен вместе со своими атрибутами несколькими различными способами. Графически объект может быть изображен в виде рамки, содержащей имя объекта и имена атрибутов. Атрибуты, которые составляют привилегированный идентификатор объекта, могут быть выделены (например, символом * слева от имени атрибута):

В эквивалентном текстовом представлении это может иметь следующий вид:

Книга (Автор. Название. Год издания. Число страниц).

Привилегированный идентификатор подчеркивается.

Еще одним способом представления объекта информационной модели является таблица. В этой интерпретации каждый экземпляр объекта является строкой в таблице, а значения атрибутов, соответствующих каждому экземпляру, — клетками строки, табл. 1.11.

Таблица 1. Таблица как представление информационной модели

Можно классифицировать атрибуты по принадлежности к одному из трех различных типов:

mirznanii.com

Учебный материал к уроку по теме «Компьютерное информационное моделирование»

Введение

Моделирование. Человечество в своей деятельности постоянно создает и использует модели окружающего мира. Строгие правила построения моделей сформулировать невозможно, однако человечество накопило богатый опыт моделирования различных объектов и процессов.

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 (модели глобуса, молекул и кристаллических решеток, анатомические муляжи и др.).

Модели играют чрезвычайно важную роль в проектировании и создании различных технических устройств, машин и механизмов, зданий, электрических цепей и т. д. Без предварительного создания чертежа (рис. 1) невозможно изготовить даже простую деталь, не говоря уже о сложном механизме.

Рис. 1. Чертеж

В процессе проектирования зданий и сооружений кроме чертежей часто изготавливают макеты.

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.

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

Модель. 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.

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

География, военное дело, судоходство и пр. невозможны без информационных моделей поверхности Земли в виде карт (рис.2). Различные типы географических карт (политические, физические и пр.) представляют информационные модели, отражающие различные особенности земной поверхности, то есть один и тот же объект отражают несколько моделей.

Рис. 2. Географическая карта

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.

1. Формы представления моделей. Формализация

Модели материальные и модели информационные. 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.).

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), таблицы 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.

Формализация. 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:

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 записал их в виде алгебраических функциональных зависимостей.

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 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 пространственных соотношений между объектами используются чертежи, моделей электрических цепей — электрические 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.

2. Типы информационных моделей

Информационные модели отражают различные типы систем объектов, в которых реализуются различные структуры взаимодействия и взаимосвязи между элементами системы. Для отражения систем с различными структурами используются различные типы информационных моделей: табличные, иерархические и сетевые.

2.1. Табличные информационные модели

Одним из наиболее часто используемых типов информационных моделей является прямоугольная таблица, которая состоит из столбцов и строк. Такой тип моделей применяется для описания ряда объектов, обладающих одинаковыми наборами свойств. С помощью таблиц могут быть построены как статические, так и динамические информационные модели в различных предметных областях. Широко известно табличное представление математических функций, статистических данных, расписаний поездов и самолетов, уроков и так далее.

Построим табличную информационную модель «Цены устройств компьютера». В первом столбце таблицы будет содержаться перечень однотипных объектов (устройств, входящих в состав компьютера), а во втором — интересующее нас свойство (например, цена) — табл. 1. Построенная табличная модель позволяет оценить долю стоимости отдельных устройств в цене компьютера и приобрести за минимальную цену компьютер в наиболее производительной конфигурации.

Таблица 1. Цены устройств компьютера

Наименование устройства

Цена (в y.e.)

Системная плата

80

Процессор Celeron (2 ГГц)

70

Память

15

Жесткий диск

130

Дисковод

14

Видеокарта

30

Монитор

180

Табличные информационные модели проще всего строить и исследовать на компьютере с помощью электронных таблиц и систем управления базами данных. Визуализируется полученная табличная модель путем построения диаграммы в электронных таблицах.

2.2. Иерархические информационные модели

Некоторые группы объектов имеют одинаковые общие свойства, которые отличают их от объектов других групп. Процесс систематизации объектов называется процессом классификации. В процессе классификации объектов часто строятся информационные модели, которые имеют иерархическую структуру.

Изображение информационной модели в форме графа. Граф является удобным способом наглядного представления структуры информационных моделей. Изобразим иерархическую модель, классифицирующую компьютеры, в виде графа (рис. 3).

Рис. 3. Классификация компьютеров

Полученный граф напоминает дерево, которое растет сверху вниз, поэтому иерархические графы иногда называют деревьями.

2.3. Сетевые информационные модели

Сетевые информационные модели применяются для отражения систем со сложной структурой, в которых связи между элементами имеют произвольный характер. В качестве примера, построим граф, который отражает структуру глобальной сети Интернет (рис. 4). Представленная сетевая информационная модель является статической моделью.

Рис. 4. Сетевая структура глобальной сети Интернет

С помощью сетевой динамической модели можно, например, описать процесс передачи мяча между игроками в коллективной игре (футболе, баскетболе и так далее).

3. Компьютерное информационное моделирование

3.1. Основные этапы разработки и исследования моделей на компьютере

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.

На третьем этапе необходимо формализованную информационную модель преобразовать в компьютерную модель, то есть выразить ее на понятном для компьютера языке.

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.

В этих случаях необходимо провести корректировку модели, причем уточнение модели может проводиться многократно, пока анализ результатов не покажет их соответствие изучаемому объекту.

3.2. Компьютерная математическая модель

Появление компьютеров сняло эти проблемы. Стало возможным проводить расчеты сложных математических моделей за приемлемое время. Например, рассчитать погоду на завтрашний день до его наступления. Ученые перестали себя ограничивать в сложности создаваемых математических моделей, полагаясь на быстродействие компьютеров.

Компьютерная математическая модель — это программа, реализующая расчеты состояния моделируемой системы по ее математической модели.

3.3. Что такое вычислительный эксперимент

Использование компьютерной математической модели для исследования поведения объекта называется вычислительным экспериментом. Вычислительный эксперимент в некоторых случаях может заменить реальный физический эксперимент. Впечатляющий пример использования такой возможности — прекращение испытаний ядерного оружия, которые сопровождались значительным экологическим ущербом. Благодаря очень точным математическим моделям и мощным компьютерам стало возможно просчитать все последствия, к которым приводит изменение в конструкции ядерной бомбы.

Важным свойством компьютерных математических моделей является возможность визуализации результатов расчетов. Этим целям служит использование компьютерной графики. Представление результатов в наглядном виде — важнейшее условие для их лучшего понимания. Например, результаты расчетов распределения температуры в некотором объекте представляются в виде его разноцветного изображения. Для изображения изменяющихся со временем (динамических) результатов используют графическую анимацию.

Компьютерная графика позволяет человеку в процессе проведения численного эксперимента «заглянуть» в недоступные места исследуемого объекта. Можно получить изображение любого сечения объекта сложной формы с отображением рассчитываемых характеристик: температурных полей, давления и пр. В реальном физическом эксперименте такое можно сделать далеко не всегда. Например, невозможно выполнить измерения внутри работающей доменной печи или внутри звезды. А на модели это сделать можно.

3.4. Управление на основе моделей

Еще одно важное направление компьютерного математического моделирования связано с использованием компьютеров в управлении. Компьютеры используют для управления работой химических реакторов на заводах, атомных реакторов на электростанциях, ускорителей элементарных частиц в физических лабораториях, полета автоматических космических станций и т. д.

Управляя производственной или лабораторной установкой, компьютер должен просчитывать ее характеристики для того, чтобы вовремя снять показания с датчиков или оказать управляющее воздействие: включить реле, открыть клапан и т. п.

Все расчеты производятся по заложенным в программу управления математическим моделям. Важно, чтобы результаты этих расчетов получались в режиме реального времени управляемого процесса.

Имитационное моделирование — особая разновидность моделирования на компьютере. Имитационная модель воспроизводит поведение сложной системы, элементы которой могут вести себя случайным образом. Иначе говоря, поведение которых заранее предсказать нельзя.

Такое поведение в математике называется стохастическим. Из курса физики известно явление броуновского движения. Нельзя точно рассчитать траекторию броуновской частицы, но ее можно сымитировать на экране компьютера.

К имитационным моделям относятся модели систем массового обслуживания: например, системы торговли, автосервиса, скорой помощи, в которых появление заявок на обслуживание и длительность обслуживания одной заявки — события случайные.

Еще одним популярным объектом для имитационного моделирования являются транспортные системы: сеть городских дорог, перекрестки, светофоры, автомобили. Модель имитирует движение транспортных потоков по городским улицам. Эксперименты на такой модели позволяют найти режимы управления движением, уменьшающие возможность возникновения пробок. Работа имитационной модели всегда визуализируется на экране компьютера.

Заключение

Современным инструментом для информационного моделирования является компьютер. Конечно, на компьютере можно писать тексты (строить вербальные модели), рисовать карты и схемы (графические модели), строить таблицы (табличные модели). Но при таком использовании компьютера в моделировании его возможности проявляются не в полной мере.

Главное преимущество компьютера перед человеком — способность к быстрому счету. Современные компьютеры считают со скоростями в сотни тысяч, миллионы и даже миллиарды операций в секунду!

Учитывая, что расчеты производятся над многозначными числами (10-20 десятичных цифр), вычислительные способности человека нельзя даже сравнивать с компьютерными. Эти феноменальные вычислительные возможности проявляются, прежде всего, в компьютерном математическом моделировании.

Ссылка на презентацию:

http://moemesto.ru/toropova/file/14062400/моделирование.ppt

infourok.ru

Компьютерное моделирование в системе образования Текст научной статьи по специальности «Народное образование. Педагогика»

КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ В СИСТЕМЕ ОБРАЗОВАНИЯ

Абдурахманова З. К.

Даггоспедуниверситет, г. Махачкала

В данной статье рассматриваются вопросы, связанные с реализацией моделирования в системе образования для подготовки специалистов, способных к успешной адаптации и самореализации в развитом информационном обществе.

Ключевые слова: информационные технологии, модель, моделирование, алгоритм моделирования, знаковая модель, компьютерная модель.

С развитием информационных технологий в современном обществе назрела потребность внесения значительных корректив в педагогическую теорию и практику, активизировать поиск новых моделей образования, направленных на повышение уровня квалификации профессионализма педагогов, на удовлетворение потребностей общества в специалистах, способных к успешной адаптации и самореализации в развитом информационном обществе.

Моделирование является одним из ключевых видов деятельности человека, в той или иной форме предшествующее любой деятельности. Моделирование занимает центральное место в исследовании объекта, поскольку позволяет обоснованно принимать решение по совершенствованию привычных объектов, созданию новых, изменению процессов управления и, в конечном итоге, изменению окружающего нас мир (рис.1).

Прежде чем осуществлять какую-либо деятельность, нужно четко представить себе отправной и конечный пункты деятельности, а также примерные ее этапы. Отправным пунктом в моделировании выступает прототип, в качестве которого выступает существующий или проектируемый объект либо процесс.

Конечным этапом моделирования выступает принятие решения. Во многих житейских ситуациях нам приходится принимать то или иное решение. В моделировании это означает, что мы либо создаем новый объект, модель которого мы исследовали, либо улучшаем существующий, либо получаем о нем дополнительную информацию [2].

Модели можно разделить на статистические и динамические по тому, как отражается в них динамика происходящих процессов.

Статистическая модель — это как бы одномоментный срез информации по объекту. Например, обследование учащихся в стоматологической поликлинике дает картину состояния их ротовой полости на данный момент времени: число молочных и постоянных зубов, пломб, дефектов и т. д.

Динамическая модель позволяет увидеть изменения объекта во времени. В примере с поликлиникой карточку школьника, отражающую изменения, происходящие с его зубами за многие годы, можно считать динамической моделью.

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.

Знаковая модель. Информационная модель, как правило, представляется в той или иной знаковой форме, которая может быть либо компьютерной, либо некомпьютерной. Прежде чем взяться за компьютерное моделирование, человек делает предварительные наброски чертежей либо схем на бумаге, выводит расчетные формулы. Процесс творчества и исследования всегда предполагает мучительные поиски и корзины выброшенных черновиков. И лишь для простых, знакомых по содержанию задач не нужны некомпьютерные знаковые модели. Сегодня, когда компьютер стал основным инструментом исследователя, многие предпочитают и предварительные наброски, формулы сразу составляются и записываются на нем.

Компьютерная модель. Теперь, когда сформирована информационная знаковая модель, можно приступать собственно к компьютерному моделированию — созданию компьютерной модели. Сразу возникает вопрос о средствах, которые необходимы для этого, т. е. об инструментах моделирования.

Существует бесчисленное множество программных комплексов, которые позволяют проводить исследования (моделирование) информационных моделей. Каждая программная среда имеет свой инструментарий и позволяет работать с определенными видами информационных объектов. Поэтому перед исследователем возникает нелегкий вопрос выбора наиболее удобной и эффективной среды для решения поставленной задачи [1].

Некоторые программные среды используются человеком как эффективное вспомогательное средство для реализации собственных замыслов. Иначе говоря, человек уже знает, какова будет модель, и использует компьютер для придания ей знаковой формы. Например, для построения геометрических моделей, схем используются графические среды для словесных или табличных описаний — среда текстового редактора.

Другие программные среды используются как средство обработки исходной информации, получения и анализа результатов. Здесь компьютер выступает как интеллектуальный помощник. Так ведется обработка больших объемов информации в среде баз данных или проводятся вычисления в электронных таблицах.

В процессе разработки компьютерной модели исходная информационная знаковая модель будет претерпевать некоторые изменения по форме преставления, т. к. должна ориентироваться на конкретную программную среду и инструментарий.

Моделирование часто применяется вместе с другими общенаучными и специальными методами; особенно тесно оно связано с экспериментом. Изучение какого-либо объекта или явления на модели относится к особому виду эксперимента — модельному, который отличается от обычного эксперимента тем, что в процесс познания включается «промежуточное звено» — модель, являющаяся одновременно и средством и объектом экспериментального исследования, заменяющим оригинал. В частном случае такого эксперимента — в модельнокибернетическом эксперименте — вместо «реального» экспериментального оперирования с изучаемым объектом находят алгоритм (программу) его функционирования, который и выступает в качестве модели.

При моделировании различных явлений обычно прибегают к процедурам абстрагирования и идеализации. По своей сути моделирование и возникло на основе математических понятий абстрагирования и идеализации, ибо в математике под абстрагированием понимают процесс мысленного выделения одного или нескольких свойств или отношений предметов, которые в данной связи рассматриваются как особо важные; абстрагирование в математике чаще всего осуществляется через ряд последовательных ступеней обучения [3].

Особенностью математического познания является широкое использование символьного языка и алгоритмических процессов.

Именно это привело к применению методов математического моделирования и вычислительного эксперимента в науке и образовании. Сущность математического моделирования и его главное преимущество состоят в замене исходного объекта соответствующей ма-

тематической моделью и в дальнейшем изучении (экспериментировании с нею) на компьютере с помощью вычислительно-логических алгоритмов. Следует подчеркнуть, что исследование на модели не обязательно завершается полностью строгим решением задачи. Как правило, найти такое решение очень трудно или вовсе невозможно. Во многих случаях исследователь удовлетворяется приближенной оценкой значений величин, существенных для решаемой задачи.

Таким образом, моделирование по своей сути сводится к построению и анализу моделей предметов, явлений, процессов и объектов. Оно является универсальной методологией научного познания и решения практических задач. Основными функциями моделирования в научном познании и обучении являются иллюстративная, трансляционная, заместительноэвристическая, прогностическая.

Литература

1. Гершунский Б.С. Компьютеризация в сфере образования//Информатика и образование, №3, 2008.

2. Машбиц Е.И. Компьютеризация обучения: проблемы и перспективы.

М., 2006.

3. Тыщенко О.Б. Новое средство компьютерного обучения — электронный учебник // Компьютеры в учебном процессе, 2008, № 10, стр. 89-92.

cyberleninka.ru

Информационное моделирование — основной метод обучения учащихся компьютерным технологиям. — МегаЛекции

Моделирование — исследование явлений, процессов или систем объектов путем построения и изучения их моделей — это основной способ научного познания. В информатике данный способ называется вычислительный эксперимент и основывается он на трех основных понятиях: модель — алгоритм — программа.
Использование компьютера при моделировании возможно по трем направлениям:
1. Вычислительное — прямые расчеты по программе.
2. Инструментальное — построение базы знаний, для преобразования ее в алгоритм и программу.
3. Диалоговое — поддержание интерфейса между исследователем и компьютером.

Модель и моделирование с начала становления информатики как учебной дисциплины были одним из основных ее понятий, но их роль и содержательное наполнение с течением времени менялось очень существенно.

Роль моделирования как метода исследования возрастала в связи с увеличением доли абстрактного во всех областях науки.

В первых учебниках информатики и учебных пособиях роль моделей чаще всего сводилась к рассмотрению математических моделей и моделирования как одного из этапов решения задачи на ЭВМ — как этап, предшествующий построению алгоритма. Термины «модель», «моделирование» употреблялись как очевидные, без какого-либо пояснения.

С 90-х г. информатика включена в учебные планы основной школы для 8-9 классов. Тема «Моделирование» нашла отражение в курсе информатики А.Г. Гейна, Е.В. Линецкого и др. В нем не просто использовались модели, но и строились разные модели решения одной и той же задачи, которые сравнивались между собой. Но моделирование не выходило за рамки решения задач на компьютере и построения алгоритма, как самостоятельный объект изучения оно практически не рассматривалось.

А.В. Горячев и А.С. Лесневский выделили 2 основные линии курса информатики:

линию информационно-логических моделей, линию информационных технологий.

С середины 90-х годов тема «Моделирование и формализация» начала определяться как одна из основных в курсе информатики. Ее назначение — выступать связующим компонентом между теоретической и прикладной компонентами обучения. Такой подход нашел отражение в Концепции содержания и структуры обучения информатике в 12 летней школе. В ней, в частности, подчеркивается, что одной из основных общедидактических задач, стоящих перед курсом информатики, является формирование у обучающихся навыков формализации и информационного моделирования [22].

Согласно Концепции обучение информатике в общеобразовательной школе делится на 3 этапа, включающих следующие курсы:

Пропедевтический (1-6 кл.)

Базовый (7-10 кл.)

Профильный (11-12 кл.)

В настоящее время разрабатывается программа для каждой ступени обучения, но моделирование в том или ином виде присутствует во всех существующих программах.

Безусловно, на разных ступенях школы изучение вопросов моделирования должно строится по-разному как в содержательном, так и в методическом планах.

В начальной школе изучение моделирования может проходить через включение отдельных вопросов в разные темы, т.к. цель данного этапа -первоначальное знакомство учащихся с основными понятиями курса.

Базовый курс информатики предусматривает изучение основных вопросов базовой дисциплины информатики и направлено на достижение следующих целей:

освоение системы базовых знаний, отражающих вклад информатики в формирование современной научной картины мира, роль информационных процессов в обществе, биологических и технических системах; овладение умениями применять, анализировать, преобразовывать информационные модели реальных объектов и процессов, используя при этом информационные и коммуникационные технологии (ИКТ), в том числе при изучении других школьных дисциплин; развитие познавательных интересов, интеллектуальных и творческих способностей путем освоения и использования методов информатики и средств ИКТ при изучении различных учебных предметов; воспитание ответственного отношения к соблюдению эстетических и правовых норм информационной деятельности;

приобретение опыта использования информационных технологий в индивидуальной и коллективной учебной и познавательной деятельности, в том числе проектной деятельности.

С другой стороны, базовый курс призван заложить основу, как для последующего развития информатики, так и для успешной работы с различными информационными моделями на других учебных предметах.

В существующем обязательном минимуме содержания образования вопросы, относящиеся к моделированию сведены в содержательную линию «Моделирование и формализация». Она определена следующим перечнем понятий: моделирование как метод познания, формализация, материальные и информационные модели, информационное моделирование, основные типы информационных моделей [22]

Дальнейшее развитие содержания стандарта общего(среднего) образования по информатике и информационным технологиям приводит к формированию нового обязательного минимумасодержания образования и формированию новых содержательных линий.

Содержательные линии базового уровня информатики и информационных технологий включает в себя:

Информационные модели и системы.

Компьютер как средство автоматизации информационных процессов.

средства и технологии создания и преобразования информационных объектов.

Средства и технологии обмена информацией с помощью компьютерных сетей (сетевые технологии).

Основы социальной информатики.

Требования к уровню подготовки выпускников, в результате изучения информатики и информационных технологий на базовом уровне. Ученик должен Знать/понимать

основные технологии создания, редактирования, оформления, сохранения, передачи информационных объектов различного типа с помощью современных программных средств информационных и коммуникационных технологий;

назначение и виды информационных моделей, описывающих реальные объекты и процессы; назначение и функции операционных систем;

Уметь оперировать различными видами информационных объектов, в том числе с помощью компьютера, соотносить полученные результаты с реальными объектами;

распознавать и описывать информационные процессы в социальных, биологических и технических системах; использовать готовые информационные модели, оценивать их соответствие реальному объекту и целям моделирования; оценивать достоверность информации, сопоставляя различные источники; иллюстрировать учебные работы с использованием средств информационных технологий; создавать информационные объекты сложной структуры, в том числе гипертекстовые документы;

просматривать, создавать, редактировать, сохранять записи в базах данных, получать необходимую информацию по запросу пользователя; наглядно представлять числовые показатели и динамику их изменения с помощью программ деловой графики;

соблюдать правила техники безопасности и гигиенические рекомендации при использовании средств ИКТ; использовать приобретенные знания и умения в практической деятельности и повседневной жизни для: эффективного применения информационных образовательных ресурсов в учебной деятельности, в том числе самообразовании; ориентации в информационном пространстве, работы с распространенными автоматизированными информационными системами; автоматизации коммуникационной деятельности; соблюдения этических и правовых норм при работе с информацией; эффективной организации индивидуального информационного пространства.

 

§13.2. Модель образования с использованием компью­тера.

 

 

Согласно образовательному стандарту — методика обучения должна быть дифференцированной с учетом возможностей и способностей

школьников и направлена не столь на заучивание, сколько на организацию самостоятельной практической и творческой деятельности школьников

по применению изучаемого материала.

Использование компьютерных моделей (один из центральных элементов ЦОР на уроках), в демонстрационном варианте при объяснении

нового материала или при решении задач помогает учащимся повысить интерес и мотивацию к изучению предмета.

При индивидуальной работе учащиеся с большим интересом работают с предложенными моделями, пробуют все регулировки, как

правило, не особенно вникая в содержание происходящего на экране. Как показывает практический опыт, обычному школьнику конкретная

модель может быть интересна в течение 3-5 минут, а затем неизбежно возникает вопрос: А что делать дальше?

Чтобы урок в компьютерном классе был не только интересен по форме, но и давал максимальный учебный эффект, учителю необходимо

заранее подготовить план работы с изучаемым материалом, компьютерной моделью, сформулировать вопросы и задачи, согласованные с

функциональными возможностями модели. Предупредить учащихся, что им в конце урока будет необходимо ответить на вопросы или написать

небольшой отчёт о проделанной работе. Идеальным является вариант, при котором учитель в начале урока раздаёт учащимся индивидуальные

задания в распечатанном виде.

В учебной деятельности учащимся при работе с компьютерными моделями можно предложить следующие виды заданий:

1. Ознакомительное задание. Это задание предназначено для того, чтобы помочь учащемуся понять назначение модели и освоить её

регулировки. Задание содержит инструкции по управлению моделью и контрольные вопросы.

2. Компьютерные эксперименты. После того, как компьютерная модель освоена, имеет смысл предложить учащимся 1-2 эксперимента. Такие

эксперименты позволяют учащимся глубже вникнуть в смысл происходящего на экране.

3. Экспериментальные задачи. Далее можно предложить учащимся экспериментальные задачи, то есть задачи, для решения которых

необходимо продумать и поставить соответствующий компьютерный эксперимент. Как правило, учащиеся с особым энтузиазмом берутся за

решение таких задач. Несмотря на кажущуюся простоту, такие задачи очень полезны, так как позволяют учащимся увидеть живую связь

компьютерного эксперимента и изучаемых явлений.

4. Расчётные задачи с последующей компьютерной проверкой. На данном этапе учащимся уже можно предложить 2-3 задачи, которые

вначале необходимо решить без использования компьютера , а затем проверить полученный ответ, поставив компьютерный эксперимент. При

составлении таких задач необходимо учитывать как функциональные возможности модели , так и диапазоны изменения числовых параметров.

Следует отметить, что, если эти задачи решаются в компьютерном классе, то время, отведённое на решение любой из задач, не должно превышать

5-8 минут. В противном случае, использование компьютера становится малоэффективным. Задачи, требующие более длительного времени для

решения, имеет смысл предложить учащимся для предварительной подготовки в виде домашнего задания или обсудить эти задачи на обычном

уроке, и только после этого использовать их в компьютерном классе.

5. Неоднозначные задачи. В рамках этого задания учащимся необходимо решить задачу (такие задачи имеют множество решений), а затем

поставить компьютерный эксперимент.

6. Творческие задания. В рамках данного задания учащемуся предлагается составить одну или несколько задач, самостоятельно решить их (в

классе или дома), а затем, используя компьютерную модель, проверить правильность полученных результатов. На первых порах это могут быть

задачи, составленные по типу решённых на уроке, а затем и нового типа, если модель это позволяет.

7. Исследовательские задания. Наиболее способным учащимся можно предложить исследовательское задание, то есть задание, в ходе

выполнения которого им необходимо спланировать и провести ряд компьютерных экспериментов, которые бы позволили подтвердить или

опровергнуть определённые закономерности. Самым сильным ученикам можно

предложить самостоятельно

сформулировать такие

закономерности. Но в сложных случаях, учащимся можно помочь в составлении плана необходимых экспериментов.

8. Проблемные задания. С помощью ряда моделей можно продемонстрировать, так называемые, проблемные ситуации, то есть ситуации,

которые приводят учащихся к кажущемуся или реальному противоречию, а затем предложить им разобраться в причинах таких ситуаций с

использованием компьютерной модели .

9. Качественные задачи. Некоторые модели вполне можно использовать и при решении качественных задач. Такие задачи или вопросы, конечно,

лучше сформулировать, поработав с моделью заранее.

При регулярной работе с компьютерным курсом из придуманных заданий имеет смысл составить компьютерные лабораторные работы, в

которых вопросы и задачи были расположены по мере увеличения их сложности. Это занятие достаточно трудоёмкое, но именно такие работы

дают наибольший учебный эффект.

 

 

Сетевые ИР.

 

Наше время – это время несущихся вперед на невероятной скорости автомобилей, одноразовых подгузников и, конечно же, безграничных просторов информации, которая постоянно обновляется, как нам удается составить мнение хотя бы о той малой толике информации, которая поступает к нам через газеты, журналы, книги, теле- и радиотрансляции? Как обобщить и, одновременно с этим, усвоить все те новшества, которые постоянно появляются в образовательной и научной сферах, как не заблудиться в море названий и ссылок на ту или иную литературу? Знать все невозможно, но вот знать, где можно взять информацию по любому интересующему вас вопросу – это уже кое-что, даже не так… это все! Ведь важно не то, знаете ли вы, кем был Юлий Цезарь, а то, насколько вы можете поручиться, что эта информация доступна вам, что вы сможете ее найти и предоставить по первому требованию. Что же поможет вам в решении этой нелегкой задачи? Я могу предложить один из самых легких и, в то же время, самых компетентных путей – использовать Интернет. Ведь пользоваться Интернет – значит пользоваться сотнями тысяч печатных изданий на всей планете, быть в курсе последних событий и новинок в любой области, иметь полную и достоверную информацию по любому вопросу и возможность проконсультироваться у людей знающих.

Развитие сферы сетевых услуг привело к мас­совому появлению серверов, ориентированных на предоставлении информации по определён­ной тематике. Появились, например, информа­ционные центры в крупных зарубежных библио­теках, которые перевели большую часть своих фондов в электронный формат и продолжают оперативно вносить в эти архивы новые поступ­ления. Это особенно ценно для наших читате­лей, т.к. многие отечественные библиотеки вла­чат жалкое существование. Но библиотечное де­ло — только капля в информационном океане. Перечень услуг, предоставляемых серверами In­ternet, достигает нескольких тысяч наименова­ний. С международными источниками вы може­те познакомиться по книге Х.Хана «Желтые страницы Internet»[1]. В книге А.Сигалова с таким же названием, издан­ной тем же издательством, содержится около 2000 адресов с источниками информации в на­шей стране.

Несколько десятков тысяч компьютерных се­тей, связанных между собой и объединяющих несколько миллионов пользователей, образуют всемирную паутину World Wide Web (сокращён­но WWW). Организационному становлению Web содействовало появление универсальных сетевых навигаторов — браузеров (от англ. browse — пролистывать), таких как Netscape Navigator или Microsoft Internet Explorer. Браузер — это программа, которая запускается на вашем компьютере и обеспечивает работу с сетью Internet. Браузеры обеспечивают доступ к любому пункту сети по 2-разрядному адресу IP, который для удобства разделяют на байтовые компоненты — 192.34.101.23. Так как человеку числовыми адресами пользоваться неудобно, то в навигаторах адрес источника информации за­даётся символьным кодом URL (Uniform Re­source Locator), по которому сама сеть Internet осуществляет поиск адреса IP. В частности, со­кращение http происходит от HyperText Trans­mission Protocol — протокол передачи гипертек­стовых документов.

Для подробного знакомства с услугами In­ternet, спецификой подключения к сети и тех­нологией поиска нужной информации можно рекомендовать книгу С.Карпенко и И.Шишигина «Internet в вопросах и ответах».

Пользователи Internet получают информацию в виде гипертекста, являющегося основным способом представления данных. Термин Гипер­текст, применяемый в последнее время в со­четании с прилагательным мультимедийный, означает документ, содержащий текстовые, звуковые и изобразительные фрагменты. Осо­бенностью такого документа является наличие выделенных ключевых слов, всякого рода кно­почек и иконок, щелчки по которым воспроиз­водят соответствующие фрагменты, которые мо­гут и не входить в состав данного документа, а находиться в памяти другого компьютера. Вы­деленные поля, активизация которых вызывает отображение следующих кадров, представлены в гипертекстовом документе ссылками на соот­ветствующий фрагмент в пределах файловой системы данного компьютера или адресами URL для вызова недостающих компонентов из сети. Идеи гипертекста в том или ином виде присут­ствуют в различных справочных системах, в частности в системе помощи Windows всех вер­сий (Help-система). Для описания гипертексто­вых документов в Internet используется специ­альный язык HTML — HyperText Markup Lan­guage. Таким образом, можно сказать, что гипертекст — это многостраничная информация различного вида, связанная в различных стра­ницах многочисленными ссылками.

Несмотря на то, что современные навигаторы «понимают» наиболее распространённые протоколы, в сетях постоянно возникают новые изо­бразительные средства. Навигаторы начинают разбухать, но угнаться за валом этих нововве­дений они не могут. Поэтому в 1994 возникла идея создания алгоритмического языка интер­претирующего типа, на котором можно было бы писать «проигрыватель» документа любого фор­мата. Так в мае 1995 в компании Sun Microsys­tems появился язык Java, интерпретаторы с которого были реализованы на большинстве вы­числительных платформ сети Internet. На этом языке пишутся приложения для Internet — апплеты, которые могут исполняться на любом компьютере, снабжённом Java-интерпретато­ром.

В настоящее время Internet не является отдельной сетью – на самом деле это сообщество сетей (именно поэтому Internet называют «сетью сетей»), в которое сейчас входит более 2 миллионов компьютеров во всем мире. И если вы подключены к сети, являющейся частью Internet, то вы имеете доступ к ресурсам любого из них. Internet — не говоря уже о том, что его появление ознаменовало новую эпоху в развитии коммуникации — позволяет человеку расширить свои познания в любой, даже самой немыслимой, сфере деятельности или исследований. А так как развитию Internet, с одной стороны, способствовали коммерческие организации, фирмы, использующие Сеть для обмена деловой информации и публикации рекламы, а с другой — студенты, помещающие на всеобщее обозрение множество материалов развлекательного характера, то здесь много полезного для себя найдут все – от бизнесменов до любителей со вкусом отдохнуть.

Спектр услуг в Internet к настоящему времени стал просто необозрим, поэтому начнем с самых известных и доступных.

Один из видов информационных услуг, которые предоставляют компьютерные сети, — электрон­ная почта (E-mail). В этом случае оба абонента — отправитель и получатель — имеют дело с посред­никами (провайдерами), выполняющими функ­ции местных отделений почтовой связи. Сервер посредника включен постоянно и на его винче­стере официально зарегистрированным абонен­там выделены «почтовые ящики» для временно­го хранения входящей и исходящей переписки.

Для обеспечения функционирования локальной сети часто выделяется специальный компьютер — сервер, или несколько таких компьютеров. На дисках серверов располагаются совместно ис­пользуемые программы, базы данных и т.д. Остальные компьютеры локальной сети часто называются рабочими, станциями. На тех рабо­чих станциях, где требуется обрабатывать только данные на сервере (например, вводить сведения в совместно используемую базу данных о заказах и продажах), часто для экономии (или по соображениям безо­пасности) не устанавливают жестких дисков. В сетях, состоящих бо­лее чем из 20-25 компьютеров, наличие сервера обязательно — иначе, как правило, производительность сети будет неудовлетворительной. Сервер необходим и при совместной интенсивной работе с какой-либо базой данных.

Иногда серверам назначается определенная специализация (хранение данных, программ, обеспечение модемной и факсимильной связи, вывод на печать и т.д.). Серверы, как правило, не используются в качестве рабочих мест пользователей. Серверы, обеспечивающие работу с ценными данными, часто размещаются в изолированном по­мещении, доступ в которое имеют только специально уполномоченные люди (как в банковское хранилище).

 

программное обеспечение. Операционные системы Windows for Workgroups, Windows 95, Windows NT Workstation имеют встроенные возможности по организации локальных сетей без выделенного серве­ра (часто такие сети называются одноранговыми,поскольку в них все компьютеры равноправны). Так что при использовании этих ОС ника­кое дополнительное программное обеспечение не требуется. А в ло­кальных сетях с выделенным сервером на сервере используются спе­циальные операционные системы — Novell NetWare, Windows NT Server и др., — обеспечивающие надежную и эффективную обработку многих запросов от рабочих мест пользователей. На рабочих станциях такой локальной сети может использоваться любая операционная система, например DOS, Windows и т.д., и должен быть запущен про­граммный драйвер, обеспечивающий доступ к локальной сети.

Другой вид информационных сетевых услуг под названием «телеконференции» напоминает подписку на электронную газету, в которой появляются сведения по определенной темати­ке — новости, заметки, ответы на вопросы, отклики на предшествующие публикации и т.п. Авторами этой весьма разнообразной и сверх­оперативной информации являются сами поль­зователи сети, объединённые общими интереса­ми. Многие провайдеры предоставляют своим абонентам перечень конференций, в которых можно участвовать за умеренную плату. При этом вы будете регулярно получать электронные письма с заголовками статей по соответствую­щей тематике. Заголовки сопровождаются иден­тификационными номерами, объёмом статьи и, иногда, краткой аннотацией в 1-2 строки. За дополнительную плату, пропорциональную размеру статьи, вы можете заказать нужную публикацию. Только делать это нужно оператив­но, т.к. сервер хранит содержимое очередного выпуска порядка 10 дней.

Телеконференции по оформлению и способу работы очень похожи на электронную почту с тем лишь отличием, что ваше письмо может прочитать огромное количество людей, а в свою очередь сможете поинтересоваться тем, что пишут вам совершенно незнакомые люди. Конференции подразделяются по темам, название конференции состоит из нескольких слов, разделенных точками, каждое последующее из которых сужает тему.

На сегодняшний день это наиболее продвинутый и интересный ресурс — гипертекстовая система навигации в Internet. От обычного гипертекста WWW отличается главным образом тем, что позволяет устанавливать ссылки не только на соседний файл, но и на файл, находящийся на компьютере в другом полушарии Земли. От вас же не требуется никаких усилий — компьютер установит связь самостоятельно.

В WWW, как и в Gopher, к ресурсам можно обращаться, непосредственно указывая их адрес. В этом случае приходится сталкиваться с сокращением URL — Uniform Resourse Locator, универсальный способ обозначения ресурса Internet. Обозначение URL состоит из двух частей: первая указывает тип связи, который следует установить с нужным вам источником, вторая — имя требуемого сервера. Типы связи соответствуют стандартным услугам Internet.

 

---

Рекомендуемые страницы:

Воспользуйтесь поиском по сайту:

megalektsii.ru

Компьютерное информационное моделирование

Сегодня на уроке мы с вами переходим к следующему разделу «Информационное моделирование». Понятие модель относится к основным общенаучным понятиям, а моделирование – это метод изучения окружающего мира, используемый различными науками.

Модели играют важную роль в проектировании и создании различных технических устройств, машин, механизмов, зданий. Кроме чертежей, без которых невозможно изготовить даже простую деталь, часто создаются макеты проектируемых объектов.

Развитие науки основывается на создании и использовании теоретических моделей. К ним относятся: теория, законы, гипотезы, которые иногда могут в корне изменить представление человечества об окружающем мире. Например, это сделала теория относительности Эйнштейна.

Произведения литературы и искусства можно рассматривать как модели, в художественной форме, отражающей реальную действительность.

Также без моделей не обойтись и в образовании. Они крайне необходимы для изучения объектов, процессов и явлений окружающего мира.

Например, на уроках географии вы работаете с картами, которые являются моделями земной поверхности на плоскости. Или модель кристаллической решётки каменной соли, используемая на уроках химии. На уроках физики не обойтись без моделей – это и модель двигателя внутреннего сгорания, и модель идеального газа и много других моделей.

Сегодня на уроке мы с вами узнаем:

·                   Что такое модель.

·                   Какова роль информатики в информационном моделировании.

·                   В чём преимущество компьютерных информационных моделей перед теоретическими.

Под моделью понимается некоторый материальный либо мысленно представляемый объект или явление. Эти объекты или явления используют вместо другого объекта (оригинала). Модель повторяет существенные для целей конкретного моделирования свойства оригинала, опуская несущественные свойства.

Модели могут быть разделены на два больших класса: материальные и информационные.

Материальная (предметная) модель воспроизводит геометрические, физические, химические, биологические свойства объектов в материальной форме.

С материальными моделями вы встречаетесь с самого раннего детства. Это игрушки: куклы и машинки, собачки и самолёты – всё это материальные модели реальных людей, транспортных средств, животных.

Ещё примерами материальных моделей являются: глобус, макет застройки микрорайона, чучело животного.

Предметом изучения информатики являются информационные модели.

Информационная модель — это совокупность информации, описывающая существенные свойства и состояния объекта, процесса, явления.

Информационные модели нельзя потрогать, они не имеют материального воплощения, потому что строятся только на информации.

В то же время, рассматривая любую информационную модель, мы связываем её с определённым носителем информации (бумагой, видеоплёнкой, диском, флешкой и прочими).

Объектом информационного моделирования может быть всё что угодно. Это могут быть:

·                   отдельные предметы, например, диван или мобильный телефон;

·                   физические, химические, биологические процессы, например, горение дров, процесс переработки нефти или рост растений;

·                   экономические и социальные процессы, например, процессы международного соперничества или эволюция человека.

Таким образом, можно сделать вывод, что информационным моделированием занимается любая наука. Задача любой науки – это получение знаний. Все наши знания о реальности всегда носят приближённый, то есть модельный, характер. С развитием науки эти знания уточняются, углубляются, но всё равно остаются приближенными. Старые модели заменяются на новые, более точные, и этот процесс бесконечен.

География создаёт модели географических объектов, биология — биологических, физика — физических и так далее.

Информатика занимается общими методами и средствами создания и использования информационных моделей.

Появление компьютера обеспечило компьютерную реализацию информационных моделей, которая предполагает проведение вычислительного эксперимента и осуществление прогнозирования.

Компьютерные модели незаменимы в тех случаях, когда реальные эксперименты невозможны или затруднены из-за финансовых или физических препятствий (например, в атомной и ядерной физике, астрофизике).

Логичность и отображение результатов в точных понятиях и утверждениях компьютерных моделей дают возможность раскрыть основные свойства изучаемого объекта. Скажем, исследовать отклик моделируемой системы на изменения её параметров и начальных условий. Современные компьютеры позволяют строить весьма сложные модели, достаточно полно отражающие реальные объекты или процессы.

Рассмотрим основные этапы компьютерного моделирования на примере. Нужно выяснить, через сколько дней больной выздоровеет, то есть концентрация болезнетворных бактерий в его крови уменьшится с начального значения, которое вводится с клавиатуры, до 12 единиц, если в результате применения лекарства концентрация бактерий ежедневно уменьшается на 20 процентов по сравнению с предыдущим днём?

Первый этап. Постановка задачи: описание объекта и определение цели моделирования.

По характеру постановки все задачи можно разделить на две основные группы.

К первой группе относятся задачи, в которых требуется исследовать, как изменяются характеристики объекта при некотором воздействии на него.

В таких задачах можно поставить вопрос: Что произойдёт, если…?

В задачах другой группы требуется определить, как нужно воздействовать на объект, чтобы его параметры удовлетворяли некоторому заданному условию. Здесь вопрос может звучать так: Как сделать, чтобы …?

Определение цели моделирования позволяет установить, какие данные являются исходными, что ожидается получить в результате и какими свойствами объекта можно пренебречь.

Для нашей задачи объектом моделирования является концентрация болезнетворных бактерий в крови больного. Наша цель — сделать прогноз, через сколько дней эта концентрация уменьшится до 12 единиц.

Второй этап. Разработка плана создания модели. Выделение свойств объекта, существенных для данной задачи, и отбрасывание второстепенных. Выбор формы представления модели (это может быть, например, таблица) и необходимого инструментария (например, системы программирования).

Следует отметить, что иногда для достижения цели моделирования к данному этапу приходится возвращаться не раз и уточнять необходимые свойства объекта, так как существенные свойства не всегда могут быть очевидны.

От выбранной формы представления зависит точность результата и степень соответствия модели объекту.

В нашей задаче будем учитывать только изменение концентрации и пренебрегать остальными свойствами объекта, например, влиянием на кровь температуры больного или рациона его питания.

В качестве формы представления модели выберем числовую форму, а в качестве инструментария реализации этой модели — систему программирования Pascal ABC.

Третий этап. Создание модели: формализация, т. е. переход к математической модели; создание алгоритма и написание программы.

Создание компьютерной модели начнём с построения математической модели изучаемого явления.

Поскольку каждый день концентрация бактерий уменьшается на р равное 20 процентов по сравнению с концентрацией с предыдущего дня, т. е. на с умноженное на р и делённое на сто (с • р / 100), то её можно выразить формулой: с минус с умноженное на р и делённое на сто (с — с • р / 100).

Теперь составим алгоритм решения.

Будем хранить значение концентрации в любой день в переменной c, процент ежедневного уменьшения и безопасное значение в переменных p и cb, количество дней — в переменной t. Переменные c и cb имеют тип real, а процент p и количество дней t — тип integer.

Начальное значение концентрации будем вводить с клавиатуры (в переменную c). Вычисления будут повторяться в цикле while, пока выполняется условие c больше cb, т. е. пока не будет достигнута безопасная концентрация. В результате получим целое число дней.

Реализация этого алгоритма, т. е. программа на языке программирования Паскаль, может выглядеть так:

Четвёртый этап. Анализ модели на соответствие объекту-оригиналу.

Протестируем модель. Будем вводить различные начальные значения концентрации бактерий.

Результат работы программы может выглядеть так:

Если начальная концентрация болезнетворных бактерий 50, то время, необходимое на выздоровление равно 7 дням.

Если начальная концентрация болезнетворных бактерий 80, то время, необходимое на выздоровление равно 9 дням.

Программа демонстрирует что, чем больше концентрация в крови болезнетворных бактерий, тем большее количество дней необходимо для выздоровления больного. И это соответствует действительности.

Мы рассмотрели пример простейшей модели. Полученные в процессе выполнения программы результаты представляются достоверными.

При анализе более сложной модели необходимо выполнять проверку достоверности результатов. Так, для рассмотренного примера рекомендуется проверять, как изменяется концентрация бактерий, например, через каждый час.

Полезно использовать графические формы представления результатов (графики зависимостей, диаграммы).

Если результаты компьютерного эксперимента не соответствуют целям поставленной задачи, значит на предыдущих этапах были допущены ошибки. Выявление ошибок и уточнение модели осуществляется до тех пор, пока результаты не будут удовлетворять цели моделирования. Затем их можно будет использовать для принятия решений.

А сейчас давайте вспомним всё, что мы изучили сегодня на уроке:

Модель — это объект-заменитель, который в определённых условиях может заменять объект-оригинал. Модель воспроизводит интересующие нас свойства и характеристики оригинала.

Информатика занимается общими методами и средствами создания и использования информационных моделей.

Основные этапы компьютерного моделирования:

Первый этап. Постановка задачи: описание объекта и определение цели моделирования.

Второй этап. Разработка плана создания модели. Выделение свойств объекта, существенных для данной задачи, и отбрасывание второстепенных. Выбор формы представления модели (это может быть, например, таблица) и необходимого инструментария (например, системы программирования).

Третий этап. Создание модели: формализация, т. е. переход к математической модели; создание алгоритма и написание программы.

Четвёртый этап. Анализ модели на соответствие объекту-оригиналу.

videouroki.net

«Информационное моделирование»

Тема: «Компьютерное информационное моделирование»

Цели урока:
— проверить усвоение главы «Компьютерные сети», помочь учащимся усвоить понятие «информационная модель», дать основные понятия, необходимые для создания простейших информационных моделей на компьютере.
— воспитывать информационную культуру учащихся, внимательность, аккуратность, дисциплинированность, усидчивость.
— развивать познавательные интересы, навыки работы с мышью и клавиатурой, самоконтроля, умения конспектировать.
Оборудование:
доска, компьютеры, проектор, компьютерная презентация, тест.
План урока:
I. Орг. момент. (1 мин)
II. Компьютерный тест по теме «Компьютерные сети». (10 мин)
III. Теоретическая часть. (15 мин)
IV. Практическая часть. (10 мин)
V. Вопросы учеников. (5 мин)
VI. Д/з (2 мин)
VII. Итог урока. (2 мин)

Ход урока:
I. Орг. момент.
Приветствие, проверка присутствующих. Объяснение хода урока.
II. Проверка знаний.
На прошлом уроки мы закончили изучение главы «Информационные ресурсы компьютерных сетей». Предлагаю пройти компьютерный тест по этой теме.
III. Теоретическая часть.
1. Понятие модели
Объект – некоторая часть окружающего нас мира, которая может быть рассмотрена как единое целое.
Свойства объекта – совокупность признаков объекта, по которым его можно отличить от других объектов
Модель – это упрощенное представление о реальном объекте, процессе или явлении.
Моделирование – построение моделей для изучения объектов, процессов, явлений.
2. Материальные и информационные модели
По способу представления модели делятся на материальные и информационные .
Информационные
Знаковые
Вербальные
Компьютерные
Некомпьютерные
Материальные
Материальные модели иначе можно назвать предметными или физическими. Они воспроизводят геометрические свойства оригинала и имеют реальное воплощение.
Примеры материальных моделей:
1. Детские игрушки (куклы – модель ребенка, мягкие игрушки-звери – модель живых зверей, машинки – модели реальных автомобилей и т.д.).
2. Глобус – модель планеты Земля.
3. Школьные пособия (скелет человека – модель реального скелета, модель атома кислорода и т.д.)
4. Физические и химические опыты.
Информационные модели нельзя потрогать или увидеть, они не имеют материального воплощения, потому что строятся только на информации.
Информационная модель – совокупность информации, характеризующая свойства и состояния объекта, процесса, явления, а также взаимосвязь с внешним миром.
К информационным моделям можно отнести вербальные и знаковые модели.
Вербальная модель – информационная модель в мысленной или разговорной форме.
Примеры вербальных моделей:
1. Модель поведения человека при переходе через улицу. Человек анализирует ситуацию на дороге (сигналы светофора, наличие и скорость машин и вырабатывает модель своего движения)
2. Идея, возникшая у изобретателя — модель изобретения.
3. Музыкальная тема, промелькнувшая в голове композитора – модель будущего музыкального произведения.
Знаковая модель – информационная модель, выраженная специальными знаками, т.е. средствами любого формального языка.
Примеры знаковых моделей:
1. Чертеж кухонной мебели – модель мебели для кухни.
2. Схема Московского метрополитена – модель метро г. Москвы.
3. График изменения курса евро – модель роста курса евро.
Вербальные и знаковые модели, как правило, взаимосвязаны. Мысленный образ (например, пути по определенному адресу), может быть облечен в знаковую форму, например, в схему. И наоборот, знаковая модель помогает сформировать в сознании верный мысленный образ.
По способу реализации информационные знаковые модели делятся на компьютерные и некомпьютерные.
Компьютерная модель – это модель, реализованная средствами программной среды.
3. Этапы моделирования
В процессе моделирования выделяют 4 этапа :
1. Постановка задачи.
2. Разработка модели.
3. Компьютерный эксперимент.
4. Анализ результатов моделирования.

Схема 2. Этапы моделирования.
Этап 1. Постановка задачи
Описание задачи
Цель моделирования
Анализ объекта

Этап 2. Разработка модели
Информационная модель
Знаковая модель
Компьютерная модель

Этап 3. Компьютерный эксперимент
План моделирования
Технология моделирования

Этап 4. Анализ результатов моделирования
Результаты соответствуют цели
Результаты не соответствуют цели

1. Постановка задачи
· Описание задачи
Задача (или проблема) формулируется на обычном языке, и описание должно быть понятным. Главное на этом этапе – определить объект моделирования и понять. Что собой должен представлять результат.
· Формулировка цели моделирования
Целями моделирования могут быть: познание окружающего мира, создание объектов с заданными свойствами («как сделать, чтобы…»), определение последствий воздействия на объект и принятие правильного решения («что будет, если…»), эффективность управления объектом (процессом) и т.д.
· Анализ объекта
На этом этапе, отталкиваясь от общей формулировки задачи, четко выделяют моделируемый объект и его основные свойства. Поскольку в большинстве случаев исходный объект – это целая совокупность более мелких составляющих, находящихся в некоторой взаимосвязи, то анализ объекта будет подразумевать разложение (расчленение) объекта с целью выявления составляющих и характера связей между ними.
2. Разработка модели
· Информационная модель
На этом этапе выявляются свойства, состояния и другие характеристики элементарных объектов, формируется представление об элементарных объектах, составляющих исходный объект, т.е. информационная модель.

· Знаковая модель
Информационная модель, как правило, представляется в той или иной знаковой форме, которая может быть либо компьютерной, либо некомпьютерной.
· Компьютерная модель
Существует большое количество программных комплексов, которые позволяют проводить исследование (моделирование)информационных моделей. Каждая среда имеет свой инструментарий и позволяет работать с определенными видами информационных объектов, что обуславливает проблему выбора наиболее удобной и эффективной среды для решения поставленной задачи.
3. Компьютерный эксперимент
· План моделирования
План моделирования должен отражать последовательность работы с моделью. Первыми пунктами в таком плане должны стоять разработка теста и тестирование модели.
Тестирование – процесс проверки правильности модели.
Тест – набор исходных данных, для которых заранее известен результат.
В случае несовпадения тестовых значений необходимо искать и устранять причину.
· Технология моделирования
Технология моделирования – совокупность целенаправленных действий пользователя над компьютерной моделью.
4. Анализ результатов моделирования
Конечная цель моделирования – принятие решения, которое должно быть выработано на основе всестороннего анализа полученных результатов. Этот этап решающий – либо исследование продолжается (возврат на 2 или 3 этапы), либо заканчивается.
Основой для выработки решения служат результаты тестирования и экспериментов. Если результаты не соответствуют целям поставленной задачи, значит, допущены ошибки на предыдущих этапах. Это может быть слишком упрощенное построение информационной модели, либо неудачный выбор метода или среды моделирования, либо нарушение технологических приемов при построении модели. Если такие ошибки выявлены, то требуется редактирование модели, т.е. возврат к одному из предыдущих этапов. Процесс продолжается до тех пор, пока результаты моделирования не будут отвечать целям моделирования.
IV. Практическая часть.
Работа 18. Построение табличных информационных моделей.
Задание 1.
V. Вопросы учеников.
VI. Д/з учить конспект
VII. Итог урока.

videouroki.net