Урок. Модель і моделювання.

Мета уроку:розглянути поняття «модель» і «моделювання».

Організаційний момент.

Вивчення нового матеріалу.

Питання, що розглядаються на уроці:

Що таке модель і моделювання?

Навіщо створювати моделі?

Схема дослідження об'єкта.

Моделювання є одним з ключових видів діяльності людини. Моделювання завжди в тій чи іншій формі передує будь-якої справи. Спробуйте навести приклади моделей. (Глобус, карта світу, формула земного тяжіння, макет ракети, наочні посібники).

Що ж їх об'єднує? Моделлю може стати будь-який об'єкт, штучно створений людиною з метою вивчення реального об'єкта (прототипу).

Модель  - спрощене уявлення про реальний об'єкт, процес або явище. (Стор. 72 - визначення)

моделювання- побудова моделі для дослідження і вивчення об'єктів, процесів, явищ.

Робота зі схемою в підручнику(Стор. 72). Моделювання займає центральне місце в дослідженні об'єкта.

Чому ж не досліджуються реальні об'єкти, явища і процеси, а проводиться моделювання, створюються моделі?

(Робота з підручником, пошук відповіді на поставлене запитання)

Моделювання дозволяє обґрунтовано приймати рішення: як удосконалювати звичні об'єкти, чи треба створювати нові, як змінювати процеси управління і, в кінцевому підсумку, як міняти навколишній світ на краще.

Перш ніж братися за будь-яку роботу, потрібно чітко уявити собі відправною і кінцевий пункти діяльності, а також приблизні її етапи. Те ж можна сказати і про моделювання.

Всі етапи моделювання визначаються метою і поставленими завданнями. Моделювання - процес творчий, і виділені етапи в кожному конкретному випадку можуть зазнавати змін.

Робота зі схемою рис. 27 стр. 74

На першому етапі важливо зробити зрозумілий опис даної задачі (проблеми) на звичайній мові. Всі завдання можна розділити на 2 групи:

Визначити, як змінюється об'єкт при впливі на нього, тобто відповісти на питання «що буде, якщо ...»

Зворотній завдання: яким має бути вплив на об'єкт, щоб поставленим умовам задовольняли його характеристики, тобто ми відповідаємо на питання «як зробити, щоб ...»

Практична робота за комп'ютером. (Стор. 76 рівень А, В, С) - на вибір.

Підведення підсумків.

Домашнє завдання.

§13, відповісти на питання.

Урок. Види моделей.

Мета уроку:розглянути етапи моделювання, види моделей.

Організаційний момент.

Постановка цілей і завдань уроку.

Перевірка домашнього завдання.

Контр. питання стр. 76 (фронтальне опитування)

Вивчення нового матеріалу.

Для одного і того ж об'єкта (процесу, явища) може бути створено безліч моделей. В першу чергу вид моделі визначається поставленою метою дослідження. Наприклад, модель міста зовсім по різному буде виглядати з точки зору туриста (мета - знайомство з визначними пам'ятками) та архітектора (мета - реконструкція).

Класифікація моделей

Існують найбільш поширені ознаки, за якими класифікуються моделі:

область використання (навчальні, ігрові, досвідчені і ін.)

облік тимчасового чинника (статичні або динамічні)

спосіб представлення

До навчальних моделей можна віднести навчальні програми. Ділові або військові ігри, що моделюють поведінку об'єктів з урахуванням можливої ​​поведінки противників і союзників в різних ситуаціях, є прикладами ігрових моделей. Досвідчена модель ядерного реактора використовується для прогнозування його характеристик в майбутньому і дозволяє уникнути екологічних проблем.

Динамічна модель дозволяє бачити зміни досліджуваного об'єкта з плином часу. Прикладом може служити класний журнал, за яким можна простежити успішність школяра. Результат контрольної роботи того ж учня - модель статична, що показує стан знань в поточний момент.

Існує класифікація моделей за способом подання: інформаційні, знакові, комп'ютерні моделі.

інформаційна модель  містить всю інформацію, що характеризує об'єкт, процес або явище - його властивості, опис зміни стану з плином часу, взаємодія з зовнішнім світом.

Знакові моделі:математична формула, запис музичної мелодії нотами, креслення, графік, об'ємні моделі геометричних фігур. Для створення інформаційних знакових моделей існує безліч інструментів. (Комп'ютер)

Комп'ютерна модель -  модель, створена з використанням апаратного і програмного забезпечень.

При комп'ютерному моделюванні необхідно добре розбиратися в різноманітті програм, технології роботи на комп'ютері.

Проведення реального експерименту - справа важлива, але затратна, вимагає часу, а проведення деяких експериментів просто неможливо. Чи не стануть адже виготовляти літак, не перевіривши всі розрахунки, не дослідивши варіанти його поведінки в повітрі. І тут на допомогу приходить комп'ютер.

Етап проведення комп'ютерного експерименту включає 2 стадії: складання плану і розробку технології моделювання.

План проведення комп'ютерного експерименту в першу чергу повинен містити тест. Тест - такі вихідні дані, доя яких відомий результат. Тест дозволяє визначити працездатність, правильність створеної моделі.

У разі якщо тестування моделі пройшло успішно, приступають до технології моделювання, тобто проведення певних цілями і завданнями дій над моделлю.

Після проведення комп'ютерного експерименту настає етап аналізу отриманих результатів. Якщо результат відрізняється від передбачуваного, доводиться повертатися на більш ранні етапи, шукати і усувати помилки.

На підставі отриманих результатів приймається рішення.

Закріплення вивченого матеріалу.

Практична робота за комп'ютером. (Стор. 81--83 рівень А)

Підведення підсумків.

Домашнє завдання.

§14, відповісти на питання.

Відомо, що модель - це деякий спрощене подобу реального об'єкта. Більш повне визначення звучить так:

Модель  - це об'єкт-замінник, який в певних умовах може заміняти об'єкт-оригінал. Модель відтворює цікавлять нас властивості і характеристики оригіналу.

Моделі бувають матеріальними і інформаційними. Прикладами матеріальних моделей є глобус - модель Землі; манекен - модель людського тіла; моделі літаків, кораблів, ракет, автомобілів; макет забудови житлового району в місті і багато іншого.

Предметом вивчення інформатики є інформаційні моделі.

В інформаційної моделівідображаються знання людини про об'єкт моделювання. Інформаційна модель - це опис в тій чи іншій формі об'єкта моделювання.

Об'єктом інформаційного моделювання може бути все що завгодно: окремі предмети (дерево, стіл); фізичні, хімічні, біологічні процеси (біг води в трубі, отримання сірчаної кислоти, фотосинтез в листі рослин); метеорологічні явища (гроза, смерч); економічні та соціальні процеси (динаміка цін акцій на біржі, міграція населення).

Можна сказати, що інформаційним моделюванням займається будь-яка наука, оскільки завдання науки полягає в отриманні знань, а наші знання про дійсність завжди носять наближений, т. Е. модельний, характер.З розвитком науки ці знання уточнюються, поглиблюються, але все одно залишаються наближеними. Старі моделі замінюються на нові, більш точні, і цей процес нескінченний.

Інформатика займається загальними методами і засобами створення і використання інформаційних моделей.

Комп'ютерна інформаційна модель.Основним інструментом сучасної інформатики є комп'ютер. Тому інформаційне моделювання в інформатиці - це комп'ютерне моделювання, яке застосовується до об'єктів різних предметних областей.

Найчастіше інформаційне моделювання використовується для прогнозування поведінки об'єкта моделювання, для прийняття управлінських рішень. Характерною особливістю комп'ютерних інформаційних моделей є можливість їх використання в режимі реального часу, т. Е. З дотриманням часових обмежень на отримання результату.

Етапи моделювання.Побудова інформаційної моделі починається з системного аналізу об'єкта моделювання. Далі отримане теоретичний опис модельованої системи перетворюється в комп'ютерну модель. Для цього використовується або готове програмне забезпечення, або залучаються програмісти для його розробки. В кінцевому підсумку виходить комп'ютерна інформаційна модель, яка буде використовуватися за своїм призначенням.

Інформаційна модель базується на даних, т. Е. На інформації про об'єкт моделювання. Будь-який реальний об'єкт має нескінченний безліччю різних властивостей. Для створення його інформаційної моделі потрібно виділити лише ті властивості, які необхідні з точки зору мети моделювання; чітко сформулювати цю мету необхідно до початку моделювання.

Система основних понять

Тема: Поняття моделі. Види моделей.

Тип уроку Комбінований урок (формування нових знань).

цілі: сформувати в учнів поняття моделювання як методу пізнання; розглянути різні класифікації моделей; сформувати в учнів поняття «інформаційна модель»; навчити учнів описувати інформаційні моделі; познайомити учнів з формами подання інформаційних моделей; сформувати поняття «формалізація»; навчитися створювати словесні та математичні моделі; сформувати в учнів поняття «графічна модель»; навчити учнів будувати графічні моделі.

Вимоги до знань і вмінь:

Учні повинні знати:

• основні поняття «модель», «моделювання», «система», «системний аналіз», «підсистема», «надсистема», «систематизація», «інформаційна модель»:
• види моделей, їх класифікацію;
• які зв'язки існують між елементами системи.

Учні повинні вміти:

• наводити приклади різних моделей;
• класифікувати моделі за різними ознаками;

Обладнання уроку:мультимедійний проектор, презентація.

Хід уроку

1. Вступ (організаційний момент).

Привітання. Перевірка присутніх. постановка мети

II. Постановка цілей уроку. Актуалізація.

1.   Макет будівлі, дитяча м'яка іграшка, математична формула, теорія розвитку суспільства - це все моделі. Як же виходить назвати такі різні поняття одним словом?
2. Існує величезна кількість моделей. Як розкласти їх «по поличках»? Як класифікувати?
3. Найбільш повно відобразити істотні властивості об'єкта можна за допомогою інформаційної моделі. Як її побудувати?

ПІ. Виклад нового матеріалу

1. Введення поняття «модель»

Учні відкривають зошити і записують тему уроку.

При побудові моделі сам об'єкт часто називається оригіналом або прототипом. Таким чином, можна сформулювати визначення поняття модель.Модель   - це аналог (замінник) оригіналу, що відображає деякі його властивості.

Розглянемо кілька прикладів моделей, які ви постійно використовуєте в школі:

• На уроках географії при вивченні теми Форма Земної кулі ви періодично використовуєте глобус. Глобус - є моделлю Землі.
• На уроках хімії при вивченні хімічних елементів ми часто використовуємо Періодичну систему елементів Д. І. Менделєєва, яка є моделлю всіх хімічних елементів Землі.
• На уроках фізики при вивченні теми Теплові процеси ви використовували модель молекул, кристалічних решіток.
• На уроках біології при вивченні опорно-рухового апарату людини ви користуєтеся скелетом, який є моделлю людини.

Причини, створення моделей:

1. У реальному часі оригінал може вже не існувати або його немає в дійсності.Наприклад, всі ми бачили науково-популярні фільми про життя динозаврів. Відеофільми допомагають нам створити цілісне уявлення про зовнішній вигляд і життя істот, яких ми не можемо спостерігати в реальному часі. Іншим прикладом є модель "ядерної зими", яку так часто використовують фантасти у своїх фільмах і книгах. Люди не знають, яке життя буде після такої масштабної катастрофи. Але численні розповіді і фільми допомагають створити досить яскравий образ.

2. Оригінал може мати багато властивостей і взаємозв'язків. Щоб вивчити конкретне властивість, іноді корисно відмовитися від менш істотних властивостей.

Наприклад, при складанні карти місцевості ми абсолютно не враховуємо геологічні характеристики місцевості або переважаючий клімат. При створенні моделі, нам абсолютно не потрібні ці параметри об'єкта, тому що вони не впливають на розташування об'єктів на місцевості. Іншим прикладом є живі організми. У цього об'єкта стільки різних властивостей і складових, що при вивченні окремих функцій організму, інші функції можна просто не розглядати. Наприклад при вивченні дихальної системи, нервову, травну, кровоносну і ін. Системи можна не розглядати.

3. Оригінал або дуже великий, або дуже малий.

Сонячна система настільки велика і недоступна для нас, що при її вивченні простіше користуватися моделлю. Іншим прикладом є атом. Ми не можемо побачити його неозброєним оком, тому набагато простіше вивчати його збільшену копію.

4. Процес протікає дуже швидко або дуже повільно.

Наприклад, зростання квітів відбувається дуже повільно. І що б наочно продемонструвати цей процес, можна створити модель. Записати на відео кілька днів з життя квітів, потім за допомогою спеціальних програм збільшити швидкість відтворення відеофільму. І тоді, створена модель, буде показувати процес зростання квітки. За аналогією можна вивчити дуже швидкі процеси, наприклад, політ кулі, виготовленої з дула пістолета.

5. Дослідження об'єкта може привести до його руйнування.

Всі ми користуємося транспортом, і кожен з нас хоча б раз замислювався про його безпеку. Для того, що б з'ясувати надійність автомобіля компанія-виробник проводить краш тести. Ці тести дозволяють виявити слабкі місця захисту автомобіля, не наражаючи на небезпеку реальних людей і справжні автомобілі.

моделювання - це процес побудови моделей для дослідження та вивчення об'єктів, процесів, явищ.

Що можна моделювати? Відповімо на це питання.

Учні відповідають кораблі, одягу ...

2. Класифікація моделей

Так як моделей багато і вони відрізняються один від одного за своїми параметрами, то їх необхідно класифікувати.

За способом подання (з чого зроблені)

Учні записують класифікацію моделей в зошиті

формалізація   - це заміна реального об'єкта або процесу його формальним описом, тобто його інформаційною моделлю.

Графічні інформаційні моделі

Графічні інформаційні моделі є найпростішим видом моделей, які передають зовнішні ознаки об'єкта - розміри, форму, колір.

Графічні моделі більш інформативні, ніж словесні. Без карт важко уявити собі ботаніку і біологію, географію, військову справу, судноплавство і т.д.

Сучасні технології не можуть обійтися без інформаційних моделей технічних пристроїв, будівель і т.д. ввигляді креслень.

Електричні і радіосхеми  - це інформаційні моделі фізики, радіотехніки і радіоелектроніки.

Графіки і діаграми  - це інформаційні моделі, які в наочній формі представляють числові і статистичні дані.

IV. Закріплення матеріалу (практична робота).

Виконати практичну роботу №3.1на стр. 209

Необхідно побудувати графік

V. Домашнє завдання

VI. підсумки уроку

Сьогодні ми дізналися, що в нашому житті часто зустрічаються аналоги реальних об'єктів, які відображають деякі їх властивості, це аналогії називаються моделями. Один і той ж об'єкт може мати кілька моделей і вони будуть відрізнятися один від одного в залежності від мети створення моделі і суб'єкта, який їх створював.