Submitted by Любовь Владимировна Муравьёва on пн, 11/01/2016 - 22:47
МБОУ «Софринская СОШ № 2»
План-конспект урока
ТЕМА: Понятие модели. Виды моделей
Выполнила: Муравьева Любовь Владимировна
Учитель информатики МБОУ «Софринская СОШ № 2»
Пушкинский район
Тема урока: Понятие модели. Виды моделей
Учитель: Муравьева Любовь Владимировна
Место работы: Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение Пушкинского муниципального района "Софринская средняя общеобразовательная школа № 2"
Должность: учитель информатики
Предмет: Информатика и ИКТ Класс: 9
Раздел «Информационное моделирование», 1-й урок этого раздела.
Цель урока: формирование знаний понятий «модель», «моделирование», цели моделирования, виды моделей; формирование умений: приводить примеры моделей разного вида, проводить компьютерный эксперимент.
Сегодня мы приступаем к изучению сложного, но очень интересного раздела информатики «Моделирование».
Изучение нового материала. (лекция с элементами беседы).
Понятие модели и моделирования.
- Вам знакомо слово «модель»? Какие модели вы можете назвать?
- Существует огромное количество моделей. Например, модель движения городского транспорта, модель застройки города (которая в архитектуре называется макетом). Или, допустим, глобус – это модель нашей планеты.
- Как вы думаете, манекен в витрине магазина является моделью? Моделью чего или моделью кого?
- А робот?
- И манекен, и робот – это модели человека. Но они совершенно разные. Их создавали с разными целями. Цель создания манекена – воспроизвести внешний облик человека, прежде всего его фигуру, для того, чтобы на него можно было надеть одежду. Робот же должен воспроизводить совсем другие возможности человека: его двигательные функции или, например, речь. При поступлении на работу обычно человек заполняет личный листок по учету кадров. Эта анкета – также модель человека: она отражает его черты.
Таким образом, мы видим, один и тот же объект может быть описан множеством моделей.
Каждая из этих моделей дает лишь какое-то представление о самом объекте. Но каким бы ни было описание человека, это всё равно не сам человек.
Можно сказать, что модель – это некоторое упрощённое подобие реального объекта.
Модель – это объект-заменитель, который в определённых условиях может заменять объект-оригинал. Модель воспроизводит интересующие нас свойства и характеристики оригинала.
Модели играют огромную роль в различных естественных науках: физике, химии, математике, информатике. Хорошо построенная модель доступнее для исследования, чем реальный объект, например круговорот воды в природе, Солнечная система.
Другое, не менее важное назначение модели состоит в том, что она позволяет понять, как устроен объект (его структуру, свойства, законы развития, взаимодействие с окружающим миром). Также модель позволяет учиться управлять объектом, что важно в тех случаях, когда экспериментировать с объектом бывает неудобно, трудно или невозможно (например, когда эксперимент имеет большую продолжительность). И, наконец, модель необходима для того, чтобы прогнозировать последствия эксперимента.
Интересно, что хорошо построенная модель обладает удивительным свойством: её изучение может дать некоторые новые знания об объекте-оригинале.
Процесс построения модели называется моделированием.
Моделирование – это деятельность человека по созданию модели.
Виды моделей (материальные и информационные)
Выбор модели зависит от того, какие мы ставим перед собой цели, для решения каких задач эта модель предназначена, от этого выбора зависит точность и достоверность получаемых выводов, прогнозов и рекомендаций.
Различают материальные и информационные модели. Рассмотрим следующий ресурс:
Модель называется предметной (натурной, материальной), если эта модель является объёмным предметом. Например, глобус, скелет человека, боксерская груша, детские игрушки. Модель называется образно-знаковой (информационной), если эта модель является описанием моделируемого объекта в виде образов и знаков. Например, фотография, учебник географии, картина, компьютерная игра, описание человека в художественном произведении.
Предметом изучения информатики являются информационные модели. Рассмотрим подробнее типы информационных моделей:
Объектом информационного моделирования может быть что угодно: отдельные предметы (дерево, стол); физические, химические, биологические процессы (течение воды в трубе, получение серной кислоты, фотосинтез в листьях растениях); метеорологические явления (гроза, смерч); экономические и социальные процессы (динамика цен акций на бирже, миграция населения).
Можно сказать, что информационным моделирование занимается любая наука, поскольку задача науки состоит в получении знаний, а наши знания о действительности всегда носят приближённый, т. е. модельный характер.
Типы компьютерных информационных моделей.
Современным инструментом для информационного моделирования является компьютер. Конечно, на компьютере можно писать тексты (строить вербальные модели), рисовать карты и схемы (графические модели), строить таблицы (табличные модели). Но при таком использовании компьютера в моделировании его возможности проявляются не в полной мере.
Рассмотрим типы компьютерных информационных моделей: математическая и имитационная модели:
Для моделирования на компьютере главной является его способность к быстрому счёту. Современные компьютеры считают со скоростями в сотни тысяч, миллионы и даже миллиарды операций в секунду. Эти возможности проявляются при компьютерном математическом моделировании.
Математическая модель – это описание моделируемого процесса на языке математики.
Компьютерная математическая модель – это программа, реализующая расчёты состояния моделируемой системы по её математической модели.
Имитационное моделирование – особая разновидность моделирования на компьютере.
Имитационная модель воспроизводит поведение сложной системы, элементы которой могут вести себя случайным образом. Иначе говоря, поведение которых заранее предсказать нельзя.
Такое поведение в математике называется стохастическим. Из курса физики вам знакомо явление броуновского движения: хаотического перемещения лёгких частиц на поверхности жидкости из-за неравномерных ударов молекул с разных сторон. Нельзя точно рассчитать траекторию броуновской частицы, но движение частицы можно сымитировать на экране компьютера. Отсюда и происходит название – имитационная модель.
К имитационным моделям относятся модели систем массового обслуживания: например, системы торговли, скорой помощи, в которых появление заявок на обслуживание и длительность обслуживания одной заявки – события случайные.
Задачи, решаемые с помощью имитационных моделей систем массового обслуживания, заключаются в поиске режимов работы служб сервиса (магазинов, автозаправок и пр.), уменьшающих время ожидания клиентов.
Если на компьютере реализована математическая или имитационная модель, то дальнейшее её использование с целью исследования и прогнозирования называется вычислительным экспериментом.
Вычислительный эксперимент в некоторых случаях может заменить реальный физический эксперимент. Впечатляющий пример использования такой возможности – прекращение испытаний ядерного оружия, которые сопровождались значительным экологическим ущербом. Благодаря очень точным математическим моделям и мощным компьютерам стало возможно просчитать все последствия, к которым приводит изменение в конструкции ядерной бомбы. Образно говоря, удалось «взорвать бомбу» внутри компьютера, ничего не разрушив.
Релаксационная пауза.
Упражнения для глаз, самомассаж.
Выполнение практической работы.
Рассмотрим примеры математической и имитационной моделей:
1. Запустить программу «Демонстрационная математическая модель». Познакомиться с работой модели в режиме без учета сопротивления воздуха и с учетом сопротивления воздуха.
2. В режиме «Сопротивление воздуха не учитывать» провести следующий эксперимент: изменяя величину начальной скорости снаряда от 60 м/с до 200 м/с с шагом 10 м/с для каждого значения скорости подбирать величину угла выстрела, при котором произойдет попадание снаряда в цель. Желательно поиск искомого значения угла осуществлять методом деления пополам. При попадании в цель фиксировать время полета снаряда. Полученные результаты занести в таблицу.
V0 (м/с)
α (град)
t (c)
Определить параметры выстрела, при которых цель будет поражена за наименьшее время. В тех случаях, если попасть в цель не удается, в графе времени поставить прочерк.
Подведение итогов. Домашнее задание.
- Что нового вы сегодня узнали?
- Домашнее задание: провести компьютерный эксперимент модели системы массового обслуживания.
Имитационная модель системы массового обслуживания
1. Запустить программу «Имитационное моделирование». Познакомиться с работой программы.
Пояснение. В магазине проводится эксперимент с целью совершенствования обслуживания покупателей. Эксперимент длится 60 минут. Управляемыми являются параметры А, В, С (см. описание на экране). Результатами эксперимента являются параметры D, E, F, G, H, I. Покупателей обслуживает один продавец.
2. Для заданных значений параметров С и А (например С=3 чел. , А=5 мин) подобрать максимально возможное В, при котором не будет покупателей, отказавшихся от совершения покупки. Для этого изменять В от 1 мин до 10 мин с шагом 1 мин. Результаты эксперимента заносить в таблицу:
A
B
C
D
E
F
G
H
I
3. Провести численный эксперимент с целью определения режима работы продавца, при котором будет обслужено наибольшее число покупателей.
