Технологическая карта

Тема: Информационное моделирование. Примеры информационных моделей.

Цель: изучение примеров информационных моделей и понятия, как они используются для представления и анализа объектов, процессов и явлений реального мира.

Задачи:

• образовательные: закрепить знания о моделировании, сформировать знания о различных подходах к определению информационных моделей и умение строить информационные модели исходя из условий задачи.

• развивающие: развить умение осуществлять целеполагание, память, внимание, функции мышления (анализ, синтез, причинно-следственные связи, классификация), а также сформировать целостное восприятие окружающего мира.

• воспитательные: воспитать познавательный интерес, коммуникативные качества личности, креативное мышление и серьёзность, самостоятельность, ответственность и аккуратность.

• Оборудование: ноутбуки, наглядный материал (презентация), медиапроектор.

Ход урока.

1. Организация внимания.

1. Приветствие.

2. Работа с дежурными.

3. Проверка готовности к уроку.

1. Повторительно-обучающая работа.

• Какие модели можно выделить?

• Что такое математическое моделирование?

• Какие своеобразные черты имеет естественный язык?

• Перечислите основные функции естественного языка.

• Что такое «Семантика»?

• Что отражает «прагматика»?

1. Работа по осмыслению и усвоению нового материала.

1. Сообщение тему и цели урока.

Тема урока: Информационное моделирование. Примеры информационных моделей.

Цель нашего урока: изучение примеров информационных моделей и понятия, как они используются для представления и анализа объектов, процессов и явлений реального мира.

1. Изложение нового материала.

Одним из методов познания объектов окружающего мира является моделирование, состоящее в создании и исследовании «заместителей» реальных объектов. «Объект-заместитель» принято называть моделью, а исходный объект — прототипом или оригиналом. 

Например, в разговоре мы замещаем реальные объекты их именами, оформители витрин используют манекен — модель человеческой фигуры, конструкторы строят модели самолётов и автомобилей, а архитекторы — макеты зданий, мостов и парков. Моделью является любое наглядное пособие, используемое на уроках в школе: глобус, муляж, карта, схема, таблица и т. п.

Что общего у всех моделей? Какими свойствами они обладают?

Во-первых, модель не является точной копией объекта-оригинала: она отражает только часть его свойств, отношений и особенностей поведения. Например, на манекен можно надеть костюм, но с ним нельзя поговорить. Модель автомобиля может быть без мотора, а макет дома — без электропроводки и водопровода.

Во-вторых, поскольку любая модель всегда отражает только часть признаков оригинала, то можно создавать и использовать разные модели одного и того же объекта. Например: мяч может воспроизвести только одно свойство Земли — её форму; обычный глобус отражает, кроме того, расположение материков; а глобус, входящий в состав действующей модели

Солнечной системы, — ещё и траекторию движения Земли вокруг Солнца.

От цели моделирования зависят требования к модели: какие именно признаки объекта-оригинала она должна отражать.

Отразить в модели признаки оригинала можно одним из двух способов:

• Во-первых, признаки можно скопировать, воспроизвести. Такую модель называют натурной (материальной). Примерами натурных моделей являются муляжи и макеты — уменьшенные или увеличенные копии, воспроизводящие внешний вид объекта моделирования (глобус), его структуру (модель Солнечной системы) или поведение (радиоуправляемая модель автомобиля).

• Во-вторых, признаки оригинала можно описать на одном из языков кодирования информации — дать словесное описание, привести формулу, схему или чертёж. Такую модель называют информационной.

Модели используются человеком для: 

• представления материальных предметов (макет застройки жилого района в мастерской архитектора); 

• объяснения известных фактов (макет скелета человека в кабинете биологии); 

• проверки гипотез и получения новых знаний об исследуемых объектах (модель полёта самолёта новой конструкции в аэродинамической трубе); 

• прогнозирования (сделанные из космоса фотоснимки движения воздушных масс); 

• управления (расписание движения поездов) и т. д.          

Разнообразие информационных моделей

Набор признаков, содержащий всю необходимую информацию об исследуемом объекте или процессе, называют информационной моделью.

В таблице 2 приведён пример информационной модели дачного дома — карточки из каталога, по которому заказчик строительной компании может выбрать подходящий проект. Каждая карточка в каталоге содержит величины и их значения, определяющие свойства дома.

Все названия свойств в информационных моделях — это всегда знаковые элементы, потому что название может быть выражено только знаками.

Информационные модели представляют объекты и процессы в образной или знаковой форме. По способу представления различают следующие виды информационных моделей.

Образные информационные модели (рисунки, фотографии и др.) представляют собой зрительные образы объектов, зафиксированные на каком-либо носителе информации (например, на бумаге). Широко используются образные информационные модели в образовании (иллюстрации в учебниках, учебные плакаты по различным предметам) и науках, где требуется классификация объектов по их внешним признакам (в ботанике, биологии, палеонтологии и др.). 

Знаковая информационная модель может быть представлена в форме текста на естественном языке, формулы (например, площади прямоугольника S = а*b) или программы на специальном языке программирования и т. д.

В смешанных информационных моделях одновременно используются образные и знаковые элементы. Примерами смешанных информационных моделей могут служить географические карты, графики, диаграммы и пр. На приведён пример модели одноклеточной водоросли хламидомонады. Нарисованные части водоросли — образные элементы этой модели, а надписи снизу и справа от рисунка — знаковые элементы. 

Информационное моделирование

При исследовании процессов и явлений окружающего мира прибегают к замене реальных объектов их абстрактными моделями, которые обладают существенными для конкретного исследования свойствами.

Метод познания окружающей действительности через конструирование моделей объектов и их исследования называется моделированием.

Модели бывают натурными, они представляют собой реально существующие макеты, в которых отображаются свойства, структура или поведение реальных объектов. Натурные модели делают много больше или меньше оригиналов.

Также модели бывают информационными, которые описывают объекты с помощью языков моделирования. Информационное моделирование дает возможность описать не только структуру и свойства исследуемого объекта, но и спрогнозировать его поведение.

Процесс реализации информационной модели с помощью специализированного программного обеспечения с применением вычислительных средств, называется компьютерным моделированием.

Компьютерное моделирование применяется для решения самых разнообразных по форме и сложности задач. Например, компьютерные модели применяют при конструировании транспортных средств, для прогнозирования прочности конструкций и механизмов, проектировании производственных процессов.

С развитием технологии 3D печати большую популярность получило объемное моделирование. Трехмерные модели разрабатываются с помощью специального программного обеспечения и могут быть послойно распечатаны на 3D принтере из различных материалов: пластика, бетона, металла.

Особенности информационного моделирования

Концепция информационного моделирования базируется на следующих принципах:

• информационное моделирование заключается в выявлении сущностей — группы объектов схожих по своим свойствам — в исследуемой предметной области;

• сущности состоят из объектов, называемых экземплярами сущностей;

• объекты имеют свои свойства — атрибуты;

• между объектами существуют связи.

Связи между объектами информационной модели определяют структуру данных.
Различают следующие структуры данных:

• линейные;

• нелинейные.

Линейные структуры данных:

• односвязный список – структура, в которой у каждого элемента есть только один предыдущий и последующий элементы, обращение к элементам структуры осуществляется по адресу элемента в списке;

• стек – структура, имеющая по одному предыдущему и последующему элементу и организованная так, что первым извлекается последний присоединенный к структуре элемент;

• очередь – структура, имеющая по одному соседу до и после элемента, извлечение элементов из очереди осуществляется по принципу – первый пришел – первый ушел.

Нелинейные структуры данных:

• граф – многосвязная структура данных, имеющая один и более предков и потомков;

• дерево – частный случай графа, каждый элемент, за исключением корневого, имеет не более одного предка;

• таблица – универсальная форма для отображения структуры данных, которые распределены по однотипным строкам и столбцам.

Графы являются основными структурами, используемыми для описания сложных объектов. Элементы графа, соединяемые линиями, называются вершинами графа. Сами линии называются ребрами, если они не имеют направлений. Если вершины соединяются линиями со стрелками, то их называют дугами, а граф называют ориентированным.

Виды информационных моделей

Информационные модели принято делить на:

• статические;

• динамические.

Основное назначение статических моделей заключается в проведении классификаций при решении задач анализа и диагностики.

Примерами статических моделей является классификация животного мира, известная из курса биологии, или классификация неорганических веществ в химии.

Динамические модели строятся для осуществления прогнозирования и решения задач управления. Примером динамической модели управления можно считать модель автоматизированной системы для управления производством химического волокна. А, например, для прогнозирования численности населения в будущем можно построить модель на основе рядов динамики, содержащих известные данные за прошлые года.

1. Итог урока

Что такое информационная модель?

На чём базируется концепция информационного моделирования?

Что такое «стек»?

Что такое «очередь»?

Что такое «граф»?

Что такое «дерево»?

Что такое «таблица»?

1. Задавание на дом

Выучить записи в тетради .