Тема урока: "Введение в компьютерное моделирование"

Тема урока: «Компьютерное моделирование. Введение»

Моделирование – это специально организованный учителем и самостоятельно выполняемый учащимися комплекс задач и действий по их решению, завершающийся созданием творческого продукта(процесса или явления)

КОМПЬЮ́ТЕРНОЕ МОДЕЛИ́РОВАНИЕ построение с помощью  компьютеров  и компьютерных устройств (3D-сканеров, 3D-принтеров и др.) символьных и физических моделей объектов, изучаемых в науке и др. областях деятельности людей.

Модель – аналог (заменитель) оригинала, отражающий некоторые его характеристики.

Модельное представление – единственный способ мыслительной обработки воспринимаемой человеком окружающей действительности

Цель моделирования не в стремлении упростить изучаемый объект (процесс или явление), а в представлении его в такой форме, чтобы для исследования интересующего объекта можно было применить имеющийся у человека инструментарий.

Классификация моделей по области использования

Учебные - наглядные пособия, тренажеры, обучающие программы

Опытные - уменьшенные или увеличенные копии проектируемых

объектов (модель водохранилища, гидроэлектростанции)

Научно-технические - для исследования процессов и явлений

(стенд для проверки телевизоров,

синхротрон – ускоритель электронов)

Игровые – военные, экономические, спортивные, деловые игры

(репетируют поведение объекта в различных ситуациях)

Имитационные – не просто отражают реальность с той или иной

степенью точности, но и имитируют ее

(проверка действия лекарств на животных, экспериментальное

обучение в школах по изучению нового предмета)

Классификация моделей

по способу представления

Информационные

Материальные

(предметные)

Отражают:

• внешние свойства исх.

объектов

• внутреннее устройство
• суть процессов и явлений,

происходящих с

объектами-оригиналами

По форме

представления

По способу реализации

Компьютерные

Некомпьютерные

(карандаш, линейка,

ручка)

Образно-знаковые

• Геометрические (карта,чертеж,

рисунок, фотография, план)

• Структурные (таблица, граф,

схема, диаграмма)

• Словесные (на естеств. языке)
• Алгоритмические (блок-схема)

Знаковые:

• Математические (формулы),
• алгоритмические (пр-мы)
• специальные модели

(ноты, химич. Формулы)

Информационная модель – модель, представляющая объект, процесс или явление набором параметров и связей между ними.

Математическая модель – информационная модель, в которой параметры и зависимости между ними выражены в математической форме.

Компьютер – инструмент решения задач на основе информационных моделей

Этапы построения

информационной модели:

• Выделение существенных факторов для построения модели
• Выделение существенных факторов для построения модели

• Формализация - описание факторов с помощью параметров
• Формализация - описание факторов с помощью параметров

• Установка связей между параметрами и их описание
• Установка связей между параметрами и их описание

Укажите, какие модели вы обычно используете для решения следующих жизненных задач и какие существенные факторы определяют использование той или иной модели при решении жизненной задачи?

Задача

Модель

Существ. факторы

Существенно содержание фильма или место расположения кинотеатра

1) Афиша с информацией о том, какие фильмы и в каких кинотеатрах идут

Купить билет в кино

Существенен фактор времени

2) Расписание сеансов

3) План расположения мест в кинотеатре и указатель цен на них.

Фактор комфорта или финансовых ограничений

Рецепт приготовления торта

(алгоритм)

Норма и порядок смешивания компонентов

Испечь торт

Какие модели являются имитационными, какие – информационными, но нематематическими, а какие – математическими?

№

Модель

1

Имитационная

План местности

2

Информационная (нематем)

Формула химического вещества

3

Математическая

Литературная повесть

4

Формула равноускоренного движения

5

6

Компьютерная игра «Пасьянс»

Классный журнал

7

Ж/д расписание поездов

8

Карта климатических поясов

9

Картина И. Репина «Бурлаки на Волге»

10

Зависимость между t тела и количеством полученной этим телом теплоты

11

Электрическая схема

12

Компьютерная игра «Гонки»

13

Прямоугольный параллелепипед

Какие модели являются имитационными, какие – информационными, но нематематическими, а какие – математическими?

№

Модель

1

2

Имитационная

План местности

Формула химического вещества

3

Информационная (нематем)

Математическая

Литературная повесть

4

Формула равноускоренного движения

5

Компьютерная игра «Пасьянс»

6

Классный журнал

7

Ж/д расписание поездов

8

9

Карта климатических поясов

Картина И. Репина «Бурлаки на Волге»

10

Зависимость между t тела и количеством полученной этим телом теплоты

11

Электрическая схема

12

Компьютерная игра «Гонки»

13

Прямоугольный параллелепипед

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

Системный подход и информационные модели

Системный подход к построению моделей был предложен в 1950 г. Американским биологом Л. Фон Берталанфи и получил развитие в самых различных направлениях.

Система – модель, представляющая собой некоторую совокупность элементов и связей между ними.

Совокупность отношений, которыми наделена система, называют структурой этой системы.

Связи элементов создают систему только тогда, когда в результате этих связей образуется новый целостный объект, обладающий такими свойствами, которые без этих связей не были присущи совокупности данных элементов. Появление таких свойств называют системным эффектом.

Системный подход – общие методы построения системных моделей

Всякая информационная модель является системной.

Не всякая системная модель является информационной ( натуральные модели: скелет, самолет, авто. Т.к нет никаких параметров, описывающих действие каких-либо факторов)

Если число элементов системы конечно, то ее удобно представить в виде графа , вершинами которого являются элементы системы, а дуги соответствуют связям между элементами

Граф – совокупность точек, называемых вершинами, некоторые из которых соединены линиями. Если на каждой линии, соединяющей две смежные вершины, выбрано направление, то такой граф называется ориентированным (орграфом)

Орграф

Неориентированный граф

Назовите систему, представленную каждым графом?

2)

Рюрик

1)

Ножка

Игорь

Ножка

Крышка

Святослав

Ножка

Ножка

Владимир Св.

Ярополк

Олег

Ответ : Стол, Табурет

Ответ: Генеалогическое дерево

№ 2. Могут ли разные явления описываться одной моделью?

Б

Ответ: а) Кто с кем знаком в компании из 6 человек

б) Автомаршруты между населенными пунктами

А

В

Г

Е

Д

№ 3. Представьте объекты как системы

Д) ВЕЛОСИПЕД

б) Авторучка

Руль

Корпус

Колесо

Рама

Колпачок

Стержень

Педали

Чернила

Сиденье

Классификация моделей по фактору времени

Модели

Статические –

Динамические –

неизменяемость системы

в определенный промежуток времени

(карта местности, обследование

в стоматологической

поликлинике

изменение объектов системы и

связей между ними во времени

( функционирование, эволюция )

Медицинская карта ученика

Функционирование системы:

С

И

С

Т

Е

М

А

В

Х

О

Д

ы

Внешние воздействия, вызывающие изменение системы

В

Ы

Х

О

Д

Результаты функционирования системы

Внутреннее устройство системы часто оказывается несущественным . Примеры: переход через улицу, покупка билета через автомат, просмотр телевизора

Укажите, какие модели являются статическими, а какие динамическими?

№

Модель

1

Статическая

Глобус

2

Динамическая

3

Компьютерная игра «Гонки»

Уравнение химической реакции

4

Зависимость между t остывающего тела и временем

5

Классный журнал

6

Соотношение между количеством хищников на данной территории и кол-вом травоядных животных

7

Расписание уроков

Укажите, какие модели являются статическими, а какие динамическими?

№

Модель

1

Статическая

Глобус

2

Динамическая

Компьютерная игра «Гонки»

3

Уравнение химической реакции

4

5

Зависимость между t остывающего тела и временем

Классный журнал

6

Соотношение между количеством хищников на данной территории и кол-вом травоядных животных

7

Расписание уроков

+

+

+

+

+

+

+