Компьютерное моделирование, вычислительный эксперимент (конспект урока)

Предмет

Информатика класс: 9 дата: 13.02.2016

Тема урока:

Компьютерное моделирование, вычислительный эксперимент.

Общая цель:

Рассмотреть основные этапы разработки и исследования моделей на компьютере.

Задачи:

Сформировать представление учащихся о моделировании как основном методе познания; развивать у учащихся умения анализировать, выделять существенные признаки и свойства объектов, развивать речь учащихся; прививать бережное отношение к имуществу, ВТ и учебным пособиям; содействовать осознанию учащимися ценности изучаемого предмета.

Конкретный результат обучения

-учащиеся повторят назначение, возможности и приемы работы прикладных программ;

-учащиеся смогут осуществлять рефлексию собственного обучения.

Подход в преподавании/обучении

Работа в группах и парах для совместного общения с целью оценить себя и других учащихся, беседа, исследование.

Источники:

Учебник «Информатика 9» Е А. Вьюшкова 2013.

1.Организационный момент 10 мин.

Приветствие. Учитель: приветствует: Добрый день! Сегодня на уроке у нас присутствуют гости. Я приветствую своих коллег, а вас, ребята, прошу не волноваться и работать в обычном режиме.

Готовимся к уроку:

А. проверка отзывающих, подготовка к уроку учащихся;

Б. Психологический настрой на урок: ладонь (на каждом пальце пожелание на сегодняшней урок);

В.. Деление на 2 группы по принципу: носители информации (1: DVD-R, 2: CD-R), учащиеся сами самостоятельно берут диск и в группе рассказывают, что они помнят про данный диск.

С. Проверка домашнего задания, работают в группе: карточки на соответствие (прикладные программы).

К-1

К-2

Ученики: решают карточки и отдают на проверку соседней группе, проверяющая группа оценивает работу по критериям, которые высвечиваются на интерактивной доске.

Критерии для карточек на соответствие:

1.Знание учащихся : ПО ПК.

2.Правильность заполнения таблицы.

3.Число правильных ответов.

Д. Выход на тему. Учитель: Расшифруйте ребус на интерактивной доске, ответ является темой сегодняшнего урока. (Презентация ) Слайд 2.

Ученики: разгадывают ребус, определяют цель урока.

Учитель: Откройте тетради, запишите дату и тему сегодняшнего урока «Моделирование».

Учитель задает вопросы по теме учащимся:

- Что называется моделью и что такое моделирование?

(модель –– это материальный или идеальный объект, замещающий исследуемую систему и адекватным образом отображающий ее существенные стороны, модель объекта должна отражать его наиболее важные качества. Моделирование – это процесс построения модели объекта и исследования его свойств путем исследования модели.

Таким образом, моделирование предполагает 2 основных этапа:

1. Разработка модели;

2. Исследование модели и получение выводов.)

-Виды моделей? (физические: понимается исследование объектов и явлений на физических моделях, когда изучаемый процесс воспроизводят с сохранением его физической природы или используют другое физическое явление; математические: принято рассматривать как средство исследования процессов или явлений с помощью их математических моделей)

- Где вы уже сталкивались с понятием «модель»? (в окружающей среде)

- Что дает человеку моделирование? (проанализировать и сделать выводы)

Ученики: заполняют листы оценивания в течении урока:

Лист оценки на уроке

Ф.И._________________________________________

2. Объяснение нового материала 15 мин.

Учитель: Совершенствование вычислительной техники и широкое распространение персональных компьютеров открыло перед моделированием огромные перспективы для исследования процессов и явлений окружающего мира, включая сюда и человеческое общество. Вводится понятие компьютерной модели. Рассматриваются различные классификации компьютерных моделей и области их применения.

Каждой группе раздается текст на усвоение. После обработки текста командой один из членов команды, он же спикер, идет в другую команду и передает ей информацию которую они обработали в команде и наоборот.

Текст 1.

Компьютерное моделирование

По иному происходит работа с информационными моделями, являющимися описаниями объектов-оригиналов с помощью схем, графиков, формул, чертежей и т.п. Одним из важнейших видов информационного моделирования является математическое -- когда описания формулируются на языке математики. Соответственно, и исследование таких моделей ведется с использованием математических методов. Именно математическим моделированием вы пользуетесь при решении количественных задач на уроках. Математические модели, используемые при решении современных практических задач, настолько сложны, что исследовать их вручную практически невозможно. Приходится прибегать к помощи компьютера. Как же происходит процесс компьютерного моделирования?

Всякая модель создается для вполне определенной цели, и это в значительной степени определяет ее выбор.

Перечислим требования, которым должна удовлетворять модель исследуемой системы: 1. Полнота модели, то есть возможность вычисления всех характеристик системы с требуемой точностью и достоверностью. 2. Гибкость модели, что позволяет воспроизводить и проигрывать различные ситуации и процессы, изменять структуру, алгоритмы и параметры изучаемой системы. 3. Длительность разработки и реализации, характеризующая временные затраты на создание модели. 4. Блочность структуры, допускающая добавление, исключение и замену некоторых частей (блоков) модели. Кроме того, информационное обеспечение, программные и технические средства должны позволять модели обмениваться информацией с соответствующей базой данных и обеспечивать эффективную машинную реализацию и удобную работу пользователя.

К основным этапам компьютерного моделирования  1) постановка задачи, описание исследуемой системы и выявление ее компонентов и элементарных актов взаимодействия; 2) формализация, то есть создание математической модели, представляющей собой систему уравнений и отражающей сущность исследуемого объекта; 3) разработка алгоритма, реализация которого позволит решить поставленную задачу; 4) написание программы на конкретном языке программирования; 5) планирование и выполнение вычислений на ЭВМ, доработка программы и получение результатов; 6) анализ и интерпретация результатов, их сопоставление с эмпирическими данными. Затем все это повторяется на следующем уровне.

Разработка компьютерной модели объекта представляет собой последовательность итераций: сначала на основе имеющейся информации о системе

строится модель , проводится серия вычислительных экспериментов, результаты анализируются. При получении новой информации об объекте учитываются дополнительные факторы, получается новая модель, до тех пор, пока не получится модель, с требуемой точностью соответствующая системе.

Этапы компьютерного моделирования.

Тект 2.

Виды компьютерных моделей

1. Физическое моделирование: часть экспериментальной установки или тренажера, он воспринимает внешние сигналы, осуществляет соответствующие расчеты и выдает сигналы, управляющие различными манипуляторами.

2. Динамическое моделирование, предполагающее численное решение системы алгебраических и дифференциальных уравнений методами вычислительной математики и проведение вычислительного эксперимента при различных параметрах системы, начальных условиях и внешних воздействиях.

3. Имитационное моделирование состоит в создании компьютерной программы (или пакета программ), имитирующей поведение сложной технической, экономической или иной системы на ЭВМ с требуемой точностью. Исследование имитационной модели производится на цифровых и аналоговых вычислительных машинах. Используемая имитационная система включает в себя математическое, программное, информационное, техническое и эргономическое обеспечение. Эффективность имитационного моделирования характеризуется точностью и достоверностью получающихся результатов, стоимостью и временем создания модели и работы с ней, затратами машинных ресурсов (времени вычислений и требуемой памяти). Для оценки эффективности модели необходимо получающиеся результаты сравнить с результатами натурного эксперимента, а также результатами аналитического моделирования.

4. Статистическое моделирование используется для многократном проведении испытаний с последующей статистической обработкой получающихся результатов.

5. Информационное моделирование заключается в создании информационной модели

6. Моделирование знаний предполагает построение системы искусственного интеллекта, в основе которой лежит база знаний некоторой предметной области (части реального мира).

Области применения компьютерных моделей

Совершенствование информационных технологий обусловило использование компьютеров практически во всех сферах деятельности человека. Развитие научных теорий предполагает выдвижение основных принципов, построение математической модели объекта познания, получение из нее следствий, которые могут быть сопоставлены с результатами эксперимента. Использование ЭВМ позволяет, исходя из математических уравнений, рассчитать поведение исследуемой системы в тех или иных условиях. Часто это единственный способ получения следствий из математической модели. Например, рассмотрим задачу о движении трех или более частиц, взаимодействующих друг с другом, которая актуальна при исследовании движении планет, астероидов и других небесных тел. В общем случае она сложна и не имеет аналитического решения, и лишь использование метода компьютерного моделирования позволяет рассчитать состояние системы в последующие моменты времени.

Совершенствование вычислительной техники, появление ЭВМ, позволяющей быстро и достаточно точно осуществлять вычисления по заданной программе, ознаменовало качественный скачок на пути развития науки. На первый взгляд кажется, что изобретение вычислительных машин не может непосредственно влиять на процесс познания окружающего мира. Однако это не так: решение современных задач требует создания компьютерных моделей, проведения огромного количества вычислений, что стало возможным лишь после появления электронно–вычислительных машин, способных выполнять миллионы операций в секунду. Существенным является и то, что вычисления производятся автоматически, в соответствии с заданным алгоритмом и не требуют вмешательства человека. Если ЭВМ относится к технической базе проведения вычислительного эксперимента, то ее теоретическую основу составляют прикладная математика, численные методы решения систем уравнений.

Ученики: читают информацию в тексте «Компьютерное моделирование», ведут обсуждения в группе и запись данной темы на флипчарте, а затем один спикер группы идет в соседнею группу и объясняет свою тему.

Физкульт. Минутка Слайд 5-7. 2 мин

3.Закрепление материала. 15 мин.

А. Учитель: каждая группа получает карточку:

Задание №1. Вставьте пропущенные слова в определениях:

1)______________– это некий новый упрощенный объект, отражающий некоторые характеристики оригинала. 
2)Моделирование – метод познания окружающего мира, состоящий в _____________ и _____________ моделей реальных объектов. 

3) ____________________________________- реально воспроизводят внешний вид, структуру и поведение объекта. 

Пример:_______________________________________________________________________________

4) _________________________________________________ - описание объекта-оригинала на языках кодирования информации. 

Пример:______________________________________________________________________________

Карточка 2.

Ученики: делают задание и оценивает по критериям работы другой группы и выставляет оценку.

Критерии оценивания: 3 балла- все правильно, 2- недочеты, 1- неверно.

1. Правильность заполнения карточек.

2. Без помарок.

В. Электронное тестирование: 15 вопросов по теме «Компьютерное моделирование».

4.Итоги урока: домашнее задание 3 мин.

Учитель: Давайте проанализируем, что вы сегодня узнали нового и что бы вы хотели еще узнать про компьютерное моделирование?

Ученики: делятся полученными знаниями за урок.

Рефлексия «Древо творчества»: отвечают на вопросы и приклеивают стикеры на дерево. Слайд 9.

Учитель: подводит итоги урока, проговаривает какие оценки получили и кто работал более активнее. (Сложить все полученные баллы и разделить на 8.)

Вы набрали

от 1,75 до 2 - оценка «5»

от 1,38 до 1,63 - оценка «4»

от 1 до 1,25 - оценка «3»

Д/З: Поиск информации для составления компьютерной модели (возраст, дата рождения родителей). Слайд 8.

Ученики: записывают дом.задание. Дневник подают на оценку, полученную за урок.

Учитель: Спасибо за урок. До свидания.