Тема: моделювання.

Мета: дати і закріпити загальні знання і уявлення про модель, предметну галузь, типи моделей, моделювання, форми подання та етапи побудови інформаційних моделей об'єктів. По завершенню вивчення теми учень

описує поняття:

• модель;
• предметна галузь;

• типи моделей, їх характеристики;
• форми подання інформаційних моделей
• етапи побудови інформаційної моделі;

пояснює: алгоритм побудови інформаційних моделей у різних програмних середовищах: текстовому процесорі, графічному редакторі, редакторі презентацій;

уміє: створювати інформаційні моделі задач для заданої предметної галузі, зокрема при розв’язування задач з інших навчальних предметів.

Обладнання й матеріали: ПК з встановленими ОС, проектор.

Структура уроку:

1. Організаційний момент.
2. Актуалізація опорних знань.
3. Виклад нового матеріалу.
4. Закріплення вивченого матеріалу.
5. Підсумок уроку.
6. Домашнє завдання.

Хід уроку

1. Організаційний момент.
Вітання з класом. Перевірка присутності і готовності учнів до уроку. Перевірка виконання домашнього завдання.

2. Актуалізація опорних знань.

1. Що таке інформація?
2. Які ви знаєте властивості інформації?
3. Які джерела надходження інформації?
4. Які ви знаєте види інформації?
5. Що таке об'єкт? Подайте приклади.
6. Що таке властивість об'єкта? Подайте приклади.
7. Що таке величина властивості об'єкта?
8. Подайте приклади кількісних і якісних властивостей.
9. Чи може щось бути водночас об'єктом і частиною об'єкта?
10. Подайте приклади класифікації об'єктів

3. Виклад нового матеріалу.

Упродовж життя людина збирає та зберігає відомості про предмети та явища навколишнього світу — деякі об’єкти.

Об’єкт (від латинського objectus — предмет, явище) — це цілісна частина навколишнього світу.

Об’єкти бувають матеріальними (людина, море, автомобіль) чи нематеріальними (пісня, вірш, зоряне небо). Об’єкти взаємодіють між собою за допомогою своїх властивостей, що породжує взаємозв’язки, які відображають взаємовідношення між об’єктами. Сукупність об’єктів утворюють предметну галузь.

Предметна галузь — частину реального світу, яка є об’єктом деякої діяльності або областю дослідження.

Наприклад, парта — це об’єкт, що належить до предметної області меблі, тому має відповідні властивості: призначення, матеріал, виготовлення тощо. Об’єкт предметної галузі є результатом абстрагування реального об’єкта шляхом виділення сукупності його властивостей.

Поняття предметної галузі запроваджено на початку 80-х років XX століття, коли вченим у галузі інформаційних систем стала зрозумілою необхідність використання моделей для подання даних і відомостей у комп’ютерних системах.

З давніх давен людина використовує моделювання для дослідження об'єктів, процесів та явищ у різних галузях своєї діяльності. Результати цих досліджень допомагають визначити й покращити характеристики реальних об'єктів та процесів, краще зрозуміти сутність явищ та пристосуватись до них або керувати ними, конструювати нові та модернізувати старі об'єкти. Моделювання допомагає людині приймати обґрунтовані рішення та передбачати наслідки своєї діяльності. Поняття комп'ютерного моделювання відображає використання в цьому процесі комп'ютера, як потужного сучасного засобу опрацювання інформації. Завдяки комп'ютеру істотно розширено межі застосування моделювання, а також забезпечено всебічний аналіз отриманих результатів.

Що ж таке модель? Цим словом позначають і матеріальні моделі наявних об'єктів,, і теорію розвитку суспільства, і всім відому формула визначення сили земного тяжіння F = mg, і багато чого іншого. Як в одному слові можна об'єднати такі різні поняття? Річ у тім, що поняття моделі об'єднує дещо спільне, а саме те, що всі перераховані моделі — це створені людиною абстрактні або матеріальні об'єкти. Аналіз та спостереження цих моделей дозволяє пізнати сутність дійсного складного об'єкта, процесу чи явища, які називають прототипами об'єкта-моделі.

Модель — це спрощене уявлення про реальний об'єкт, процес чи явище.

Моделювання — побудова моделі для дослідження та вивчення об'єкту, процесу чи явища.

Чому не дослідити сам оригінал? Навіщо створювати модель? Для цього може існувати багато причин:

• оригінал може вже чи ще не існувати (пристрої для побудову єгипетських пірамід, глобальна катастрофа унаслідо падіння метеорети чи атомного бомбардування);

• реально цей об'єкт не можна побачити чи охопити (земної кулі, сонячної системи, галактика, молекула, атом, ядро, елементарна частинка);

  

• людина хоче ознайомитися з об'єктом, але не має можливості потрапити на місце його розташування (модель Ейфелевої башти, єгипетської піраміди, Софіївського собору тощо);

  

• досліджуваний процес небезпечний для життя (ядерна реакий вреакція).

Таких аргументів можна подати багато. І, якщо поміркувати, можете згадати багато моделей, з якими людина стикається у своєму житті. Спробуйте згадати: глобус, іграшка, рівняння хімічної реакції, креслення, фізична формула, географічна мапа, розклад уроків, муляжі фруктів у кабінеті біології, система класифікації живих організмів, ілюстрації до художніх творів.

Для одного і того самого об'єкта можна створити кілька моделей. Все залежить, від мети і від методів та засобів, за допомогою яких збирають інформацію про прототип. Наприклад, при ознайомиленні з новим для себе містом план цього міста, фотографії, розповіді мешканців або кінофільми можуть створити зовсім різні уявлення про об'єкт. І ці уявлення можуть істотно різнитися з враженнями після відвідування цього самого міста безпосередньо. Модель цього самого міста для його мешканців взагалі буде іншою, бо для них головне — це забезпечення нормальної сталої життє­діяльності.

Як ми вже переконались, кількість моделей та їх різноманітність дуже велика. Щоб не загубитися в цьому розмаїтті, необхідно мати якусь класифікацію моделей.

Найістотніші ознаки, за якими класифікують моделі:

• галузь використання:

  • навчальні — наочні посібники, тренажери, навчальні програми;

  • дослідні — створені для дослідження характеристик реального об'єкта — модель теплоходу перевіряють на стійкість, а модель літака — щодо аеродинамічних характеристик;

  • науково-технічні — для дослідження процесів та явищ — ядерний реактор, синхрофазотрон;

  • ігрові моделі — для вивчення можливої поведінки об'єкта в запрограмованих або непередбачених ситуаціях (військові, економічні, спортивні ігри тощо);

  • імітаційні моделі — виконують імітацію дійсної ситуації, що багатократно повторюється, для вивчення реальних обставин (психологічні тренінги, ділові ігри).

• урахування фактора часу:
  • статична — одномоментний зріз стану;
  • динамічна (еволюційна) — дослідження поведінки моделі протягом певного часу;

• спосіб представлення:

  • матеріальна модель — предметне відображення об'єкта зі збереженням геометричних та фізичних властивостей. Наприклад, іграшки, опудала тварин, макети місцевості, глобус тощо. Матеріальною моделлю можна також назвати хімічний або фізичний дослід. Така модель реалізує матеріальний підхід до вивчення об'єкта чи явища;

  • інформаційна модель — це сукупність інформації, що характеризує властивості та стан об'єкта, процесу чи явища, а також взаємодію із зовнішнім світом. За формою представлення можна виділити наступні види інформаційних моделей:

    • словесні — усні та письмові описи з використанням ілюстрацій. Прикладом словесної інформаційної моделі може бути художній портрет літературного героя. Найчастіше використовується на уроках української чи зарубіжної літератури. При складанні словесної моделі важливо зрозуміло формулювати фрази, виділяти ключові моменти, посилатися на твір. Прикладом може бути образ Захара Беркута з одноіменного твору Івана Франка: «...Се був сивий, як голуб, звиш 90-літній старець, найстарший віком у цілій тухольській громаді. Батько вісьмох синів, із яких три сиділи вже разом із ним між старцями... Високий ростом, поважний поставою, строгий лицем, багатий досвідом життя й знанням людей та обставин, Захар Беркут був правдивим образом тих давніх патріархів, батьків і провідників цілого народу, про яких говорять нам тисячолітні пісні та перекази. Незважаючи на глибоку старість, Захар Беркут був іще сильний і кремезний».

    • математичні — математичні формули для опису зв'язку між усіма параметрами об'єкта. Прикладом може служити формула a² + b² = c², яка описує теорему Піфагора: «У прямокутному трикутнику сума квадратів катетів дорівнює квадрату гіпотенузи». Тут а, b — довжини катетів, с — гіпотенузи.

    • структурні — схеми, графіки, таблиці. Наприклад, періодична система елементів, розроблена на основі періодичного закону: властивості елементів перебувають у періодичній залежності від заряду їхніх атомних ядер.

      

    • логічні, в яких подано варіанти вибору дій на основі умовиводів та аналізу умов;

      
      
      

    • геометричні — графічні форми та об'ємні конструкції;

      

    • спеціальні — ноти, хімічні формули тощо;

      

    • комп'ютерні — такі інформаційні моделі, для створення яких використовують комп'ютерні засоби;

    • некомп'ютерні — інформаційні моделі будь-якого з вищевказаних видів, але за умови не використання комп'ютерних програм.

Природно фіксувати (записувати) інформаційні моделі за допомогою традиційних офісних пакетів, спеціалізованих видавничих систем, графічних редакторів, середовищ програмування, у тому числі, для проведення аналітичних обчислень, та іншого програмного забезпечення. У більшості випадків основне змістовне навантаження і складність роботи припадають на етап до використання комп'ютерних технологій.

Побудові інформаційної моделі передує системний аналіз, завданням якого є визначення властивостей об’єкта з урахуванням мети дослідження та зв'язків між властивостями.

В сучасному світі розв'язування складних наукових та виробничих задач неможливе без використання моделей та моделювання. Серед різних видів моделей особливе місце займають математичні моделі, тому що вони дозволяють враховувати кількісні та просторові параметри явищ та використовувати точні математичні методи.

Вивчення реальних явищ за допомогою математичних моделей, як правило, вимагає застосування обчислювальних методів. При цьому широко використовують методи прикладної математики й математичної статистики.

4. Закріплення вивченого матеріалу.

Завдання 1. Подати повні описи конкретних прикладів інформаційних моделей, різних за формою представлення (8 прикладів), для розв’язання задач з інших навчальних предметів.

Завдання 2. Використовуючи дані з глобальної мережі, створити інформаційну модель об’єкта мобільний телефон для купівлі надійного телефону з широкими функціональними можливостями.

Етапи побудови інформаційної моделі

1. Проаналізувати умову завдання, визначити й усвідомити мету моделювання (купівля надійного телефону з широкими функціональними можливостями).

2. Відповідно до мети виділити істотні властивості обєктів моделі (мобільного телефона).

3. Вказати відповідні величини виділених властивостей та зв'язків між ними (записати дані до такої таблиці, перелік властивостей у якій можна розширити або скоротити).

Примітка. Вдалою формою подання інформаційної моделі в даному випадку є таблиця. Графічне зображення доречне лише для властивості Зовнішній вигляд, яка для декого може виявитися неістотною.

Завдання 3. Оцінити відповідність створеної інформаційної моделі. Для цього провести опитування користувачів мобільних телефонів щодо відповідності вашим потребам обраної вами моделі телефону як результату реалізації створеної інформаційної моделі.

5. Підбиття підсумків уроку.
Виставлення оцінок.

6. Домашнє завдання
Вивчити навчальний матеріал уроку. Підібрати інші приклади до завдання 1.

Текст упорядкувала Суткова Олена Юріївна, вчитель гімназіі «Академія» Святошинського району міста Києва, під час виконання випускної роботи на курсах підвищення кваліфікації з 07.10.2013 по 11.10.2013.