Методическая разработка урока информатики и ИКТ по теме «Моделирование как метод познания»

Цель урока:

Знать и понимать суть информационного моделирования; иметь представление о возможностях информационного моделирования; уметь выделять существенные признаки модулируемого объекта исходя из условий задачи.

Формировать целостное восприятие окружающего мира; развивать информационное видение явлений и процессов окружающего мира при создании моделей.

Формировать познавательный интерес школьников; формировать креативное мышление при описании окружающей действительности различными субъектами информационно - коммуникационной среды.

Оборудование: презентация.

Ход урока по этапам.

I. Организационный момент.

1. Проверка готовности группы к уроку.

2. Проверка явки учащихся.

II. Актуализация опорных знаний, умений, навыков.

1. Фронтальный опрос учащихся техники безопасности.
2. Сообщаю тему урока «Моделирование как метод познания».
3. Сообщаю цель урока: узнать и понять суть информационного моделирования; получить представление о возможностях информационного моделирования.

III. Формирование новых понятий и способов профессиональной деятельности.

Объяснить новый материал:

Повторим материал 9 класса. Первоначально вспомним, что такое объект. Основными характеристиками объекта являются во внешнем плане – форма, во внутреннем – содержание (структура), которые и определяют функциональную значимость объекта (назначение и область применения). Именно данные три фактора позволяют выделить объекты, объединить их во множества и определенным образом делать некоторые обобщения. Рассмотрение множества объектов, объединенных единой целью функционирования позволяет говорить уже о системе.

Человек в своем развитии проходит несколько этапов. Первоначально появляются навыки обобщения объектов по внутренней структуре и внутреннему содержанию. Если воспитанники детского сада и ученики начальной школы объединяют объекты по цвету, то, став чуть постарше, они начинают уже различать их по форме, например треугольники и квадраты они будут отделять. А если начнут обращать внимание на то, что предметы сделаны из дерева и пластмассы, то это уже более высокий уровень обобщения.

Давайте рассмотрим класс как систему. Какие объекты находятся в классе?

Можно пойти путем обобщения по признаку живые – неживые. К живым объектам относятся учитель и ученики. К неживым объектам: парты, доска, стенды с наглядными пособиями.

– Почему мы выбрали объект «Класс», а не «Классная комната»?

Классная комната является элементом системы «Школа» и относится к части здания, то есть это определенная форма, здесь присутствие таких объектов, как учитель и ученик, необязательно. А класс как система описывает уже содержание. И важны все перечисленные выше элементы.

– Какие еще объекты можно описать по предложенной схеме?

Для описания окружающего мира используют модели, позволяющие создать образы нужного нам объекта в тои виде, в котором будет проще выделить стороны изучаемого объекта, необходимые для решения заданной задачи. Модель – это объект – заменитель, знак, символ, слово, реальный предмет, теоретическое (абстрактное) построение, состояние объекта, процесса, явления, и т. д. , представляющая собой какую - либо характеристику, свойство, признак или совокупность характеристик, признаков или свойств.

Модель – это всегда упрощенное отражение объекта - оригинал. Для одного и того же объекта – оригинала можно построить множество моделей в зависимости от цели моделирования. Моделью могут быть физический материальный объект, система математических зависимостей, программ, имитирующая структуру или функционирование имитируемого объекта. Основные требования к модели – её адекватность объекту – оригиналу относительно моделируемых характеристик.

Процесс создания модели объекта называют моделированием. Или моделирование – это процесс представления различных характеристик поведения физического или абстрактного объекта (системы, реального физического процесса, явления, состояния и пр. ) с помощью физического или абстрактного объекта или системы. В процессе моделирования должны присутствовать как минимум три участника: моделирующий субъект (человек), модулируемый объект (объект - оригинал) и объект - заменитель – собственно модель. Создание модели с целью познания – это итерационный процесс, при котором модель сравнивается с оригиналом и уточняется, что происходит в условиях постоянного изменения объекта - оригинала.

Использование метода моделирования позволяет преодолеть трудность исследования элементов, входящих в несколько целостно и качественно различных систем. Моделирование как метод научного познания в логическом плане является дальнейшим примером упрощения и схематизации, облегчающем понимание закономерностей постоянно движущейся природы. Более точное определение понятия «моделирование» будет звучать таким образом: моделирование есть метод опосредованного познания различных объектов путем построения их моделей (сохраняющих некоторые основные особенности этих объектов) с последующим изучением функционирования полученных моделей и переносом добытых знаний на предмет исследования.

Рассмотрим типологию моделирования по В. А. Веникаву (рис. 1).

Применительно к естественным и техническим наукам принято различать следующие виды моделирования:

Концептуальное моделирование, при котором совокупность уже известных факторов или представлений относительно исследуемого объекта или системы истолковывается с помощью некоторых специальных знаков, символов. Операций над ними или с помощью естественного или искусственного языков;

Физическое моделирование, при котором модель и моделируемый объект представляют собой реальные объекты или процесс единой или различной физической природы, причем между процессами в объекте - оригинале и в модели выполняются некоторые соотношения подобия, вытекающие из схожести физических явлений;

Структурно - функциональное моделирование, при котором моделями являются схемы (блок - схемы), графики, чертежи, диаграммы, таблицы, рисунки, дополненные специальными правилами их объединения и преобразования;

Математическое (логико - математическое) моделирование, при котором моделирование, включая построение модели, осуществляется средствами математики и логики;

Имитационное (программное) моделирование, при котором логико - математическая модель исследуемого объекта представляет собой алгоритм функционирования объекта, реализованный в виде программного комплекса для компьютера.

С процессом моделирования тесно связан другой метод информатики – формализация. Чтобы определить суть данного понятия, проще обратиться к понятию «форма», то есть в процессе формализации мы не просто разбираем некую модель, но прежде всего задаем форму этой модели.

Рассмотрим несколько определений понятия «формализация».

Это – представление какой - либо содержательной области знания (научной теории, рассуждения, процедур поиска и т. п. ) в виде формальной системы или исчисления.

Это – представление информации об исследуемом объекте с помощью знаков и знаковых систем.

Это – основной метод информатики наряду с моделированием, который характеризуется способами приведения (сведения) существенных свойств и признаков объекта моделирования к заранее обусловленной форме.

В информатике используются два метода моделирования – информационное моделирование и математическое моделирование. Также различают:

Моделирование аналитическое – описание объекта моделирования (задачи, процесса, системы) с помощью математических формул и логических выражений;

Моделирование имитационное (исследование сложной системы не её модели);

Моделирование концептуальное (создание и оптимизация модели данных в терминах СУБД);

Моделирование машинное (функциональное моделирование проектируемого объекта на компьютере);

Моделирование мышления (разработка и использования методов смысловой передачи содержания данных формальным способом при сохранении независимости от реализации);

Моделирование семантическое (математическое описание объекта моделирования);

Моделирование компьютерное (исполнение компьютерной программы, в которую заложена возможность автоматического или ручного изменения параметров моделируемого объекта).

Модель информационная – понятие, обозначающее модель объекта - оригинала, в которой отражены информационные аспекты моделируемого объекта в виде знаков, символов, слов, теоретических (абстрактных) посторенний, теорий, учений, таблиц, алгоритмов, описаний и т. д. способ представления информационной модели зависит от цели моделирования. К информационным моделям можно отнести модель математическую, то есть модель объекта - оригинала, в которой отражены информационные аспекты моделируемого объекта (теории, учения, функции, зависимости) в виде формализованных знаков конструкций – формул. Любая формула, отражающая какую - либо закономерность, - это математическая модель.

Информационное моделирование еще называют функциональным, потому что моделируется не сам объект, а только его определенные функции. Например, моделируя нейрон (клетку мозга), не изучают происходящие в нем химические процессы, а добиваются лишь того, чтобы модель нейрона обладала его способностью воспринимать и передавать информацию в форме электрических сигналов.

К информационным моделям можно отнести и компьютерную модель – понятие, обозначающее результат исполнения компьютерной программы, в которую заложена возможность автоматического или ручного изменения параметров моделируемого объекта. Благодаря большому быстродействию компьютера на экране дисплея отражается заложенное математической формулой изменение траектории движения, формы и размера объекта. Ярким примером компьютерного моделирования могут служить компьютерные игры. Компьютерное моделирование широко используется в научных исследованиях, при создании мультфильмов, в которых объекты совершают не пустое техническое движение, а движение, наполненное смыслом.

Самое главное:

1. Моделирование – это метод познания, состоящий в создании и исследовании моделей.
2. Модель – это такой новый объект, который отражает существенные с точки зрения цели проводимого исследования (цели моделирования) свойства изучаемого объекта, явления или процесса.

IV. Применение умений и навыков.

Вопросы для закрепления.

1. Приведите примеры различных видов моделей: наглядно - образных, знаковых, математических.
2. Перечислите все отличительные свойства мысленных и материальных моделей.

5. Домашнее задание.

Выучить конспект. П. 2. 1; ответить на вопросы после параграфа.

VI. Подведение итогов.

Дата:

Урок: № 14

План – конспект по уроку информатики и ИКТ в 9 классе.

Тема урока: «Моделирование как метод познания».

Цель урока:

1. Знать и понимать суть информационного моделирования; иметь представление о возможностях информационного моделирования; уметь выделять существенные признаки модулируемого объекта исходя из условий задачи.

2. Формировать целостное восприятие окружающего мира; развивать информационное видение явлений и процессов окружающего мира при создании моделей.

3. Формировать познавательный интерес школьников; формировать креативное мышление при описании окружающей действительности различными субъектами информационно - коммуникационной среды.

Оборудование: презентация.

Ход урока по этапам.

I. Организационный момент.

1. Проверка готовности группы к уроку.

2. Проверка явки учащихся.

II. Актуализация опорных знаний, умений, навыков.

1. Фронтальный опрос учащихся техники безопасности.

2. Сообщаю тему урока «Моделирование как метод познания».

3. Сообщаю цель урока: узнать и понять суть информационного моделирования; получить представление о возможностях информационного моделирования.

III. Формирование новых понятий и способов профессиональной деятельности.

Объяснить новый материал:

Повторим материал 9 класса. Первоначально вспомним, что такое объект. Основными характеристиками объекта являются во внешнем плане – форма, во внутреннем – содержание (структура), которые и определяют функциональную значимость объекта (назначение и область применения). Именно данные три фактора позволяют выделить объекты, объединить их во множества и определенным образом делать некоторые обобщения. Рассмотрение множества объектов, объединенных единой целью функционирования позволяет говорить уже о системе.

Человек в своем развитии проходит несколько этапов. Первоначально появляются навыки обобщения объектов по внутренней структуре и внутреннему содержанию. Если воспитанники детского сада и ученики начальной школы объединяют объекты по цвету, то, став чуть постарше, они начинают уже различать их по форме, например треугольники и квадраты они будут отделять. А если начнут обращать внимание на то, что предметы сделаны из дерева и пластмассы, то это уже более высокий уровень обобщения.

Давайте рассмотрим класс как систему. Какие объекты находятся в классе?

Можно пойти путем обобщения по признаку живые – неживые. К живым объектам относятся учитель и ученики. К неживым объектам: парты, доска, стенды с наглядными пособиями.

– Почему мы выбрали объект «Класс», а не «Классная комната»?

Классная комната является элементом системы «Школа» и относится к части здания, то есть это определенная форма, здесь присутствие таких объектов, как учитель и ученик, необязательно. А класс как система описывает уже содержание. И важны все перечисленные выше элементы.

– Какие еще объекты можно описать по предложенной схеме?

Для описания окружающего мира используют модели, позволяющие создать образы нужного нам объекта в тои виде, в котором будет проще выделить стороны изучаемого объекта, необходимые для решения заданной задачи. Модель – это объект – заменитель, знак, символ, слово, реальный предмет, теоретическое (абстрактное) построение, состояние объекта, процесса, явления, и т.д., представляющая собой какую-либо характеристику, свойство, признак или совокупность характеристик, признаков или свойств.

Модель – это всегда упрощенное отражение объекта - оригинал. Для одного и того же объекта – оригинала можно построить множество моделей в зависимости от цели моделирования. Моделью могут быть физический материальный объект, система математических зависимостей, программ, имитирующая структуру или функционирование имитируемого объекта. Основные требования к модели – её адекватность объекту – оригиналу относительно моделируемых характеристик.

Процесс создания модели объекта называют моделированием. Или моделирование – это процесс представления различных характеристик поведения физического или абстрактного объекта (системы, реального физического процесса, явления, состояния и пр.) с помощью физического или абстрактного объекта или системы. В процессе моделирования должны присутствовать как минимум три участника: моделирующий субъект (человек), модулируемый объект (объект-оригинал) и объект-заменитель – собственно модель. Создание модели с целью познания – это итерационный процесс, при котором модель сравнивается с оригиналом и уточняется, что происходит в условиях постоянного изменения объекта-оригинала.

Использование метода моделирования позволяет преодолеть трудность исследования элементов, входящих в несколько целостно и качественно различных систем. Моделирование как метод научного познания в логическом плане является дальнейшим примером упрощения и схематизации, облегчающем понимание закономерностей постоянно движущейся природы. Более точное определение понятия «моделирование» будет звучать таким образом: моделирование есть метод опосредованного познания различных объектов путем построения их моделей (сохраняющих некоторые основные особенности этих объектов) с последующим изучением функционирования полученных моделей и переносом добытых знаний на предмет исследования.

Рассмотрим типологию моделирования по В.А. Веникаву (рис.1).

Применительно к естественным и техническим наукам принято различать следующие виды моделирования:

• Концептуальное моделирование, при котором совокупность уже известных факторов или представлений относительно исследуемого объекта или системы истолковывается с помощью некоторых специальных знаков, символов. Операций над ними или с помощью естественного или искусственного языков;

• Физическое моделирование, при котором модель и моделируемый объект представляют собой реальные объекты или процесс единой или различной физической природы, причем между процессами в объекте-оригинале и в модели выполняются некоторые соотношения подобия, вытекающие из схожести физических явлений;

• Структурно - функциональное моделирование, при котором моделями являются схемы (блок-схемы), графики, чертежи, диаграммы, таблицы, рисунки, дополненные специальными правилами их объединения и преобразования;

• Математическое (логико-математическое) моделирование, при котором моделирование, включая построение модели, осуществляется средствами математики и логики;

• Имитационное (программное) моделирование, при котором логико-математическая модель исследуемого объекта представляет собой алгоритм функционирования объекта, реализованный в виде программного комплекса для компьютера.

С процессом моделирования тесно связан другой метод информатики – формализация. Чтобы определить суть данного понятия, проще обратиться к понятию «форма», то есть в процессе формализации мы не просто разбираем некую модель, но прежде всего задаем форму этой модели.

Рассмотрим несколько определений понятия «формализация».

• Это – представление какой-либо содержательной области знания (научной теории, рассуждения, процедур поиска и т.п.) в виде формальной системы или исчисления.

• Это – представление информации об исследуемом объекте с помощью знаков и знаковых систем.

• Это – основной метод информатики наряду с моделированием, который характеризуется способами приведения (сведения) существенных свойств и признаков объекта моделирования к заранее обусловленной форме.

В информатике используются два метода моделирования – информационное моделирование и математическое моделирование. Также различают:

• Моделирование аналитическое – описание объекта моделирования (задачи, процесса, системы) с помощью математических формул и логических выражений;

• Моделирование имитационное (исследование сложной системы не её модели);

• Моделирование концептуальное (создание и оптимизация модели данных в терминах СУБД);

• Моделирование машинное (функциональное моделирование проектируемого объекта на компьютере);

• Моделирование мышления (разработка и использования методов смысловой передачи содержания данных формальным способом при сохранении независимости от реализации);

• Моделирование семантическое (математическое описание объекта моделирования);

• Моделирование компьютерное (исполнение компьютерной программы, в которую заложена возможность автоматического или ручного изменения параметров моделируемого объекта).

Модель информационная – понятие, обозначающее модель объекта-оригинала, в которой отражены информационные аспекты моделируемого объекта в виде знаков, символов, слов, теоретических (абстрактных) посторенний, теорий, учений, таблиц, алгоритмов, описаний и т.д. способ представления информационной модели зависит от цели моделирования. К информационным моделям можно отнести модель математическую, то есть модель объекта-оригинала, в которой отражены информационные аспекты моделируемого объекта (теории, учения, функции, зависимости) в виде формализованных знаков конструкций – формул. Любая формула, отражающая какую-либо закономерность, - это математическая модель.

Информационное моделирование еще называют функциональным, потому что моделируется не сам объект, а только его определенные функции. Например, моделируя нейрон (клетку мозга), не изучают происходящие в нем химические процессы, а добиваются лишь того, чтобы модель нейрона обладала его способностью воспринимать и передавать информацию в форме электрических сигналов.

К информационным моделям можно отнести и компьютерную модель – понятие, обозначающее результат исполнения компьютерной программы, в которую заложена возможность автоматического или ручного изменения параметров моделируемого объекта. Благодаря большому быстродействию компьютера на экране дисплея отражается заложенное математической формулой изменение траектории движения, формы и размера объекта. Ярким примером компьютерного моделирования могут служить компьютерные игры. Компьютерное моделирование широко используется в научных исследованиях, при создании мультфильмов, в которых объекты совершают не пустое техническое движение, а движение, наполненное смыслом.

Самое главное:

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

2. Модель – это такой новый объект, который отражает существенные с точки зрения цели проводимого исследования (цели моделирования) свойства изучаемого объекта, явления или процесса.

IV. Применение умений и навыков.

Вопросы для закрепления.

1. Приведите примеры различных видов моделей: наглядно-образных, знаковых, математических.

2. Перечислите все отличительные свойства мысленных и материальных моделей.

1. Домашнее задание.

Выучить конспект. П. 2.1; ответить на вопросы после параграфа.

VI. Подведение итогов.