Методика изучения темы моделирование и формализации

При этом акцент надо поставить  на взаимосвязь цели исследования и  всей технологии моделирования. При  моделировании следует брать  задачи из других учебных дисциплин. Тем самым естественным образом  будет обеспечено решение одной  из часто обсуждаемых педагогических проблем - организация межпредметных связей.

Еще одна цель информатики  – развитие культуры информационного  мышления, рост адаптации к жизни в информационном обществе, развитие способностей в использовании информационных технологий, принципов и методологии науки информатики. Вклад информатики в научное мировоззрение учащихся определяется формированием у них представления об информации как одном из трех основополагающих понятий науки: веществе, энергии и информации.

Бабаева Ю.Д., Войскунский А.Е. Психологические последствия информатизации // Психологический журнал. 2004. N1.

Фримен Дж. Обзор современных представлений о развитии способностей // Основные современные концепции творчества и одаренности  / Под ред. Д.Б.Богоявленской. – М., 2005.

Конспекты уроков по теме «Моделирование и конструирование»

Урок  №1 «Понятие модели. Назначение и свойства моделей. Виды моделей. Моделирование»

Тема  «Понятие модели. Назначение и свойства моделей. Виды моделей»

 

Цели урока:

• Учебная: Способствовать формированию у учащихся таких понятий как, изучить основные виды моделей, ее назначение и свойства.

 

• Развивающая: Развитие приемов умственной деятельности (обобщение, анализ, синтез, сравнение), памяти (лучше всего запоминается то, что связано с преодолением препятствия). расширение кругозора.
• Воспитательная: развитие познавательного интереса, воспитание информационной культуры.

 

Ход урока:

Изложение материала  в форме беседы  с учащимися (Презентация1 слайд 2) учитель показывает изображения различных моделей, просит учеников ответить на серию вопросов: Что вы видите, что они заменяют?  Приведите свои примеры моделей?

С различными моделями мы сталкиваемся еще в раннем детстве: игрушечный автомобиль, самолет или кораблик для многих были любимыми игрушками, равно как и плюшевый медвежонок или кукла. Дети часто моделируют (играют в кубики, обыкновенная палка  им заменяет коня и т. д.).

Далее ученикам дается определение модели (слайд3):

Модель – это объект, который обладает некоторыми свойствами другого объекта (оригинала) и используется вместо него.

На  этом же слайде ученикам приводятся примеры  оригиналов и их моделей.

После того как ученики узнали, что такое  модель, следует рассказать ученикам какие бывают модели и привести примеры  (слайд4) :

Модели  объектов:

• уменьшенные копии зданий, кораблей, самолетов, …
• модели ядра атома, кристаллических решеток
• чертежи
• …

Модели  процессов:

• изменение экологической обстановки
• экономические модели
• исторические модели
• …

Модели  явлений:

• землетрясение
• солнечное затмение
• цунами

(Слайд5) Введение  понятие моделирования, а так  же случаи когда используют  моделирование.

Моделирование – это создание и использование моделей для изучения оригиналов.

Когда используют моделирование:

• оригинал не существует
• древний Египет
• последствия ядерной войны (Н.Н. Моисеев, 1966)
• исследование оригинала опасно для жизни или дорого:
• управление ядерным реактором (Чернобыль, 1986)
• испытание нового скафандра для космонавтов
• разработка нового самолета или корабля
• оригинал сложно исследовать непосредственно:
• Солнечная система, галактика (большие размеры)
• атом, нейтрон (маленькие размеры)
• процессы в двигателе внутреннего сгорания (очень быстрые)
• геологические явления (очень медленные)
• интересуют только некоторые свойства оригинала
• проверка краски для фюзеляжа самолета

Модели  и моделирование используются человечеством  давно. По сути, именно модели и модельные  отношения обусловили появление  разговорных языков, письменности, графики. Наскальные изображения наших  предков, затем картины и книги  — это модельные, информационные формы передачи знаний об окружающем мире последующим поколениям.

Цели моделирование (слайд 6):

• исследование оригинала

изучение  сущности объекта или явления

«Наука  есть удовлетворение собственного любопытства  за казенный счет» (Л.А. Арцимович)

• анализ («что будет, если …»)

научиться прогнозировать последствия различных  воздействиях на оригинал

• синтез («как сделать, чтобы …»)

научиться управлять оригиналом, оказывая на него воздействия

• оптимизация («как сделать лучше»)

выбор наилучшего решения в заданных условиях

Далее рассматривается вопрос «Зачем нужно  моделирование?» (слайд7):

   Тип модели определяется целями моделирования.

Примеры целей моделирования:

• изучение строения тела
• примерка одежды
• тренировка спасателей
• изучение наследственности
• учет граждан страны

Природа моделей (слайд8), а так же введение понятия информационной модели:

1. материальные (физические, предметные) модели.
2. Информационные модели представляют собой 
      информацию о свойствах и состоянии объекта, 
      процесса, явления, и его взаимосвязи с внешним миром:

• вербальные – словесные или мысленные

• знаковые – выраженные с помощью формального языка
• графические (рисунки, схемы, карты, …)
• табличные
• математические (формулы)
• логические (различные варианты выбора действий на    
  основе анализа условий)
• специальные (ноты, химические формулы)

После введения основных понятий темы ученикам приводятся различные классификации моделей с примерами (слайд 9-12):

1. Модели по области применения

• учебные (в т.ч. тренажеры)
• опытные – при создании новых технических средств
• научно-технические

2. Модели по фактору времени

• статические – описывают оригинал в заданный момент времени
• силы, действующие на тело в состоянии покоя
• результаты осмотра врача
• фотография
• динамические
• модель движения тела
• явления природы (молния, землетрясение, цунами)
• история болезни
• видеозапись события

 

3. Модели по характеру связей

• детерминированные
• связи между входными и выходными величинами жестко заданы
• при одинаковых входных данных каждый раз получаются одинаковые результаты

Примеры

• движение тела без учета ветра
• расчеты по известным формулам
• вероятностные (стохастические)
• учитывают случайность событий в реальном мире
• при одинаковых входных данных каждый раз получаются немного разные результаты

Примеры

• движение тела с учетом ветра
• броуновское движение частиц
• модель движения судна на волнении
• модели поведения человека

4. Модели по структуре
• табличные модели (пары соответствия)
• иерархические (многоуровневые) модели
• сетевые модели (графы)

 

 

Закрепление изученного материала (слайд 13).

 

Контрольные вопросы:

1. Что такое модель?
2. Что такое моделирование?
3. По каким признакам можно классифицировать модели?
4. Приведите примеры учебных моделей.
5. Чем отличаются статические модели от динамических?
6. Приведите примеры статических и динамических моделей.
7. Что такое материальные модели?
8. Что такое информационная модель?

Задание на дом.

Приведите примеры материальных, динамических и статических моделей.

Урок  №2. «Формализация. Этапы построения моделей»

Тема урока: «Формализация. Этапы построения моделей».

 

Цели урока:

• Учебная: сформировать понятие формализации. Ознакомить с этапами построения моделей.
• Развивающая: развитие логического мышления, расширение кругозора.
• Воспитательная: развитие познавательного интереса, воспитание информационной культуры.

 

Основные понятия: формализация.

 

Ход урока:

1. Организационный момент.

Урок  начинается с вступительного слова  учителя информатики: «Сегодня мы познакомимся с такими определениями, как формализация, конструирование, моделирование. Познакомимся с этапами построения моделей.»

2. Новый материал.

Прежде  чем построить модель объекта (явления) необходимо выделить составляющие его  элементы и связи между ними провести системный анализ и «перевести» (отобразить) полученную структуру  в какую-либо заранее определенную форму – формализовать информацию.

Формализация – это процесс выделения и перевода внутренней структуры предмета, явления или процесса в определенную информационную структуру – форму.

Моделирование любой системы невозможно без  формализации. По сути, формализация это первый и очень важный этап моделирования.

 

Рассмотрим основные этапы моделирования  подробнее. Для объяснения этого материала учитель использует презентацию (слайды 4-9).

1. Постановка задачи.

• исследование оригинала

изучение сущности объекта или  явления

• анализ («что будет, если …»)

научиться прогнозировать последствий  при различных воздействиях на оригинал

• синтез («как сделать, чтобы …»)

научиться управлять оригиналом, оказывая на него воздействия

• оптимизация («как сделать лучше»)

выбор наилучшего решения в заданных условиях

   Ошибки при постановке задачи  приводят к  
   наиболее тяжелым последствиям!

 

Хорошо поставленная задача:

• описаны все связи между исходными данными и результатом
• известны все исходные данные
• решение существует
• задача имеет единственное решение

Примеры плохо поставленных задач:

• Винни Пух и Пятачок построили ловушку для слонопотама. Удастся ли его поймать?
• Малыш и Карлсон решили по–братски разделить два орешка – большой и маленький. Как это сделать?
• Найти максимальное значение функции y = x² (нет решений).
• Найти функцию, которая проходит через точки (0,1) и (1,0) (неединственное решение).