Урок 1 Моделирование как мера познания. Системный подход в моделировании [Царева Л.М.]

Текст урока

• Конспект Моделирование как мера познания. Системный подход в моделировании

   Название предмета Информатика и ИКТ
  Класс 11
  УМК Информатика и ИКТ, Н.Д. Угринович, 2010
  Уровень обучения базовый
  Тема урока Моделирование как мера познания. Системный подход в моделировании
  Общее количество часов, отведенное на изучение темы 5
  Место урока в системе уроков по теме 1/5
  Цель урока сформировать у учащихся понятие моделирования как метода поз­нания 
  Задачи урока рассмотреть различные классификации моделей; научить учащихся описы­вать информационные модели.
  Планируемые результаты знать: основные понятия «модель», «моделирование», «система», «систем­ный анализ», «подсистема», «надсистема», «систематизация», «ин­формационная модель», виды моделей, их классификацию, какие связи существуют между элементами системы; уметь: приводить примеры различных моделей, классифицировать модели по различным признакам, систематизировать объекты, осуществлять системный анализ.
  Техническое обеспечение урока персональный компьютер, мультимедиа – проектор.
  Дополнительное методическое и дидактическое обеспечение урока (возможны ссылки на интернет-ресурсы)
  Содержание урока
  I. Постановка целей урока
  1. Электромобиль на стенде выставки, телевизионная красавица, реклами­рующая различные товары, макет здания, детская мягкая игрушка, мате­матическая формула, теория развития общества - это все модели. Как же получается назвать такие разные понятия одним словом?
  2. Существует огромное количество моделей. Как разложить их «по полоч­кам»? Как классифицировать?
  3. Наиболее полно отразить существенные свойства объекта можно с помо­щью информационной модели. Как ее построить?
  4. Какова степень необходимости использовать формализацию при описа­нии информационных моделей?
  II.  Изложение нового материала
  1. Введение понятия «модель»
  В своей деятельности человек очень часто использует модели, то есть со­здает образ того объекта, явления или процесса, с которым ему предстоит иметь дело.
  Модель — это некий новый упрощенный объект, который отражает су­щественные особенности реального объекта, процесса или явления.
  Анализ модели и наблюдение за ней позволяют познать суть реально су­ществующего, более сложного объекта, процесса, явления, называемого прототипом или оригиналом.
  У вас может возникнуть вопрос: почему бы не исследовать сам оригинал, а не строить его модель?
  Назовем несколько причин, по которым прибегают к построению моде­лей.
  Пояснение: попросите детей привести примеры указанных оригиналов.
  В реальном времени оригинал может уже не существовать или его нет в действительности.
  Примеры: теория вымирания динозавров, теория гибели Атлантиды, мо­дель «ядерной зимы»...
  Оригинал может иметь много свойств и взаимосвязей. Чтобы глубоко изу­чить какое-то конкретное свойство, иногда полезно отказаться от менее существенных, вовсе не учитывая их.
  Примеры: карта местности, модели живых организмов...
  Оригинал либо очень велик, либо очень мал.
  Примеры; глобус, модель Солнечной системы, модель атома...
  Процесс протекает очень быстро или очень медленно.
  Примеры: модель двигателя внутреннего сгорания, геологические моде­ли...
  Исследование объекта может привести к его разрушению.
  Примеры: модель самолета или автомобиля...
  И т.д.
  Моделирование — это процесс построения моделей для исследования и изучения объектов, процессов, явлений.
  Что можно моделировать? Ответим на этот вопрос.
  Пояснение: в ходе изложения этого вопроса попросите учащихся са­мим привести примеры.
  Моделировать можно:
  1.  Объекты
  Назовем примеры моделей объектов:
  копии архитектурных сооружений;
  копии художественные произведения;
  наглядные пособия;
  модель атома водорода или солнечной системы;
  глобус;
  модель, демонстрирующая одежду;
  детские игрушки;
  И т.д.
  2. Явления
  Примеры моделей явлений:
  модели физических явлений: грозового разряда, магнитных и элект­рических сил...;
  геофизические модели: модель селевого потока, модель землетрясе­ния, модель оползней...
  3.  Процессы
  Примеры моделей процессов:
  модель развития вселенной;
  модели экономических процессов;
  модели экологических процессов...
  4. Поведение
  При выполнении человеком какого-либо действия ему обычно предшест­вует возникновение в его сознании модели будущего поведения. Собирает­ся ли он строитьдом или решать задачу, переходит улицу или отправляется в поход — он непременно сначала представляет себе все это в уме. Это главное отличие человека мыслящего от всех других живых существ на земле.
  Один и тот же объект в разных ситуациях, в разных науках может описы­ваться различными моделями. Например, рассмотрим объект «человек» с точки зрения различных наук:
   в механике человек - это материальная точка;
  в химии — это объект, состоящий из различных химических веществ;
  в биологии — это система, стремящаяся к самосохранению;
  и т.д.
  С другой стороны, разные объекты могут описываться одной моделью Например, в механике различные материальные объекты от песчинки до планеты рассматриваются как материальные точки.
  Таким образом, совершенно неважно, какие объекты выбираются в ка­честве моделирующих. Важно лишь то, что с их помощью удается отразить наиболее существенные признаки изучаемого объекта, явления или про­цесса. Моделирование — это метод научного познания объективного мира с помощью моделей.
  2. Классификация моделей
  Итак, объектов моделирования, как мы только что с вами убедились, ог­ромное количество. И для того, чтобы ориентироваться в их многообразии, необходимо все это классифицировать, то есть каким-либо образом упоря­дочить, систематизировать.
  При классификации объектов по «родственным» группам необходимо правильно выделить некий единый признак (параметр, а затем объединить те объекты, у которых он совпадает). Рассмотрим наиболее распространен­ные признаки, по которым можно классифицировать модели.
  С учетом фактора времени (отражают динамику происходящих процессов).
  Модели
  Определение
  Пример
  Статические
  Одномоментный (на дан­ный момент времени) срез информации по объекту
  Обследование учащихся в поли­клинике дает картину физического состояния детей на данный момент времени.
  Расчет прочности и устойчивости к постоянной нагрузке на фундамент, на стены, на балки при строительстве здания
  Динамичес­кие
  Позволяют видеть изме­нения состояния объекта во времени
  Карточка школьника, отражающая состояние здоровья ребенка в течение многих лет при воздействии экологи­ческих, экономических и социальных факторов.
  Учет противодействия ветрам, дви­жению грунтовых вод, сейсмическим колебаниям при строительстве здания
  
  По способу представления (из чего сделаны).
  Модели
  Определение
  Примеры
  Материальные
  Воспроизводят геометрические и фи­зические свойства объекта и всегда имеют реальное воплощение
  Детские игрушки, чуче­ла птиц, карты, схемы, макеты, опыты и.т.д.
  Информаци­онные
  Нельзя потрогать или увидеть воочию так как они не имеют материальной основы, а строятся только на инфор­мации
  Любое описание объекта на одном из разговорных или формальных языков
  
  Информацион­ные модели
  Определение
  Примеры
  Знаковые
  Информационная модель, выражен­ная средствами формального языка
  Рисунки, тексты, графи­ки, схемы и т.д.
  Вербальные
  Информационная модель в мыслен­ной или разговорной форме
  Мысленный образ объ­екта
  
  Вербальные и знаковые модели, как правило, взаимосвязаны. Мыслен­ный образ, родившийся в голове человека, может быть облечен в знаковую форму. Например, мелодия, родившаяся в голове композитора, будет пред­ставлена в виде нот на бумаге.
  Для создания моделей используется огромный спектр инструментов. Если модель имеет материальную природу. То для ее создания используются традиционные инструменты: фотоаппарат, токарный и фрезерный станки, пила, топор, кисть художника, карандаш, линейка и.т.д., и, наконец самый совершенный в наши дни инструмент — компьютер.
  Знаковые модели
  Определение
  Примеры
  Компьютерные
  Модель, реализованная средствами программной среды
  Электронные варианты рисун­ков, чертежей, текстов, формул, звуков и их создание и редакти­рование с помощью различного программного обеспечения
  Некомпьютерные
  Модель, созданная с помо­щью традиционных инстру­ментов инженера, художни­ка, писателя и др.
  Рисунки, чертежи, графики, тексты, созданные вручную
  3. Понятие «система»
  Окружающий нас мир состоит из множества различных объектов, каждый из которых имеет разнообразные свойства, и при этом объекты взаимодействуют друг с другом. Например, планеты нашей Солнечной системы имеют различную массу, геометрические размеры и т.д. (раз­личные свойства) и по закону всемирного тяготения взаимодействуют с Солнцем и друг с другом. Из элементарных частиц состоят атомы, из атомов — химические элементы, из химических элементов — планеты, из планет — Солнечная система, а Солнечная система входит в состав нашей Галактики. Таким образом можно сделать вывод о том, что прак­тически каждый объект состоит из других объектов; то есть представляет собой систему.
  Система — это целое, состоящее из объектов, взаимосвязанных между со­бой.
  Примеры систем: человек, компьютер, дом, дерево, книга, стол, науки, обучение в школе и т.д.
  Системы бывают:
  1. Материальные (человек, компьютер, дерево, дом).
  2. Нематериальные (человеческий язык, математика)
  3. Смешанные (школьная система, так как включает в себя как матери­альные элементы (здание, оборудование, школьников, учебники), так и нематериальные (расписание занятий, темы уроков, устав школы).
  Важным признаком системы является ее целостное функционирование. Компьютер нормально работает до тех пор, пока исправны основные ус­тройства, входящие в его состав. Если удалить одно из них, то компьютер выйдет из строя, то есть прекратит свое существование как система.
  Пример 1
  Система «самолет» состоит из объектов «крылья», «хвост», «двигатель», «фюзеляж» и др. Ни один из этих объектов в отдельности не облачает спо­собностью к полетам. Но система «самолет» этим свойством обладает, то есть если собрать все эти части строго определенным способом, то они по­летят.
  Составные части Системы называются элементами или компонентами системы. Каждый такой элемент может в свою очередь являться системой. Тогда по отношению к исходной системе ее называют подсистемой, а сис­тему, включающую в себя подсистему как элемент, рассматривают как над- систему.
  1 подсистема по отношению к системе;
  2 подсистема по отношению к системе;
  3 подсистема по отношению к 4;
  4 надсистема по отношению к 3.
  Пример 2
  Система «компьютер» состоит из подсистем «оперативная память», «про­цессор», «системный блок» и т.д., так как оперативную память, процессор, системный блок можно так же считать системами (они состоят из элемен­тов).
  1. Системный анализ
  Чтобы описать систему, недостаточно только перечислить ее элементы. Еще необходимо указать, как эти элементы связаны друг с другом. Именно наличие связей превращает набор элементов в систему Система - это поря­док и организация, а антисистема — это хаос, путаница, беспорядок.
  Если графически представить связи между элементами системы, то по­лучится ее структура. Структура может определять пространственное взаи­морасположение элементов (цепочка, звезда, кольцо), их вложенность или подчиненность (дерево), хронологическую последовательность (линейную, ветвящуюся, циклическую).
  Когда вы опишите элементы системы и укажите их взаимосвязи, тем са­мым вы проведете системный анализ.
  Пример 3
  Системный анализ системы «Системы счисления».
  Объектами, составляющими эту систему, являются «позиционные сис­темы счисления» и «непозиционные системы счисления». Позиционные системы счисления, в свою очередь, также являются системами и состоят из объектов «двоичная система счислении», «троичная система счисления», «четверичная система счисления» и т.д., «римская система счисления», «египетская система счисления» и др. Кроме указания объектов, необхо­димо установить связи между ними. Для этого используем древообразную структуру. В результате системного анализа получим следующую систему:
  2. Систематизация
  Систематизация — это процесс превращения множества объектов в систе­му. Систематизация имеет огромное значение. В повседневной жизни каж­дый из нас занимается систематизацией — разделяет одежду на зимнюю и летнюю, посуду - на стаканы, тарелки, кастрюли и т.д.
  Неоценима систематизация знаний в различных науках. Начало многих наук связано с именем великого древнегреческого ученого Аристотеля, ко­торый жил в 4 в. до н.э. Вместе со своими учениками Аристотель проделал колоссальную работу по классификации накопленных знаний, разделил их на несколько частей и дал каждой свое название. Именно тогда на свет поя­вились физика, биология, экономика, логика и другие наука. Математичес­кие знания классифицировал Евклид в 3 в. до н.э. Живых существ класси­фицировал Карл Линней (1735 г.). Химические вещества классифицировал Д.И.Менделеев. Звездное небо было разделено на созвездия, причем эта классификация отличается тем, что признаки, по которым были классифи­цированы звезды, к ним самим не имеют никакого отношения.
  III. Закрепление изученного
  № I. Фронтальное задание (устно)
  Мысленно представьте квадрат и составьте различные знаковые модели данного объекта.
  Подсказка: чертеж, текст, формулы.
  №2 (устно)
  Для следующих объектов осуществите системный анализ, выделите под­системы, надсистемы и простые элементы.
  А) фонтан;	
  Б) завтрак;
  В) журнал.
  №3
  Попробуйте повторить подвиг вышеназванных знаменитых людей, сис­тематизировав перечисленные факты и определив основание систематиза­ции.
  А) Подвиг Аристотеля.
  1. «Жи»-«ши» — пиши с буквой «и».
  2. Амазонка — это река.
  3. Тела тяжелее воды тонут.
  4. Прилагательное выражает свойство.
  5. Бермудские острова омываются Атлантическим океаном.
  6. Разноименные полюса магнита притягиваются, а одноименные — от­талкиваются.
  7. Высочайшая вершина мира — Эверест.
  8. «Мама» — существительное первого склонения.
  9. Антарктида покрыта вечным льдом.
  10. Для того, чтобы найти время пути, необходимо пройденное расстоя­ние разделить на скорость.
  11. Вода закипает при температуре 100°С.
  12. Чем сильнее предмет давит на опору, тем сильнее опора давит на предмет.
  13. Столица России — Москва.
  14. «Не» с глаголами пишется раздельно.
  15. Существительные бывают следующих падежей: именительного, ро­дительного, дательного, винительного, творительного, предложного.
  №4
  Б) Подвиг Карла Линнея.
  1. Рожь.
  11. Ромашка.
  21. Грейпфрут.
  31. Можжевельник.
  2. Дуб.
  12. Арбуз.
  22. Яблоня.
  32. Огурец.
  3. Репа.
  13. Морковь.
  23. Пшеница.
  33. Крапива.
  4. Апельсин.
  14. Овес.
  24. Липа.
  34. Свекла.
  5. Лиственница.
  15. Персик.
  25. Подорожник.
  35. Сосна.
  6. Акация.
  16. Кабачок.
  26. Ячмень.
  36. Одуванчик.
  7. Помидор.
  17. Пихта.
  27. Картофель.
  37. Дыня.
  8. Василек.
  18. Кукуруза.
  28. Береза.
  38. Мандарин.
  9. Ель.
  19. Лимон
  29. Тыква.
  39. Груша.
  10. Крыжовник.
  20. Малина.
  30. Смородина.
  40. Кедр.
  Домашнее задание
  Уровень знания: выучить определение основных терминов и понятий (сло­варь урока).
  Уровень понимания: составьте различные по типу модели объектов:
  прямая линия, мягкая игрушка, человек.
  Провести системный анализ следующих объектов:
  квартира, сердце, река.
  Уровень применения: воспользуйтесь дополнительной литературой и при­ведите фрагмент систематизации звезд, указав основание систематизации. Творческий уровень: постройте материальную модель какого-либо объекта.
   

   Read more ...

  Автор(ы):

  Скачать: Информатика 11кл - Конспект Моделирование как мера познания. Системный подход в моделировании.docx