32510

МЕТОДИКА ИЗУЧЕНИЯ СОДЕРЖАТЕЛЬНОЙ ЛИНИИ: «ФОРМАЛИЗАЦИЯ И МОДЕЛИРОВАНИЕ»

Лекция

Информатика, кибернетика и программирование

Теория и методика обучения информатики МЕТОДИКА ИЗУЧЕНИЯ СОДЕРЖАТЕЛЬНОЙ ЛИНИИ: ФОРМАЛИЗАЦИЯ И МОДЕЛИРОВАНИЕ. Линия моделирования наряду с линией информации и информационных процессов является теоретической основой базового курса информатики. Тема натуральных моделей затрагивается лишь в самом начале в определением понятия модели и разделением моделей на материальные натурные и информационные. Важнейшим понятием в моделировании является понятие цели.

Русский

2013-09-04

80 KB

65 чел.

екция №21. Теория и методика обучения информатики,

МЕТОДИКА ИЗУЧЕНИЯ СОДЕРЖАТЕЛЬНОЙ ЛИНИИ: «ФОРМАЛИЗАЦИЯ И МОДЕЛИРОВАНИЕ».


Линия моделирования, наряду с линией информации и информационных процессов, является теоретической основой базового курса информатики.

Тема натуральных моделей затрагивается лишь в самом начале, в определением понятия модели и разделением моделей на материальные (натурные) и информационные.

Модель — упрощенное подобие реального объекта или процесса.

Важнейшим понятием в моделировании является понятие цели. Цель моделирования — это назначение будущей модели. Цель определяет те свойства объекта-оригинала, которые должны быть воспроизведены в модели. Моделировать можно не только материальные объекты, но и процессы.

Информационная модель — это описание объекта моделирования.

Классификация моделей объектов и процессов производится по форме представления. По этому признаку модели делятся на графические, вербальные табличные, математические и объектно-информационные. Последний тип моделей возник и развивается в компьютерных технологиях: в объектно-ориентированном программировании и современном системном и прикладном ПО. Развитие темы объектного моделирования также можно отнести к поисковому направлению в базовом курсе.

Можно выделить три типа задач из области информационного моделирования, которые по возрастанию степени сложности для восприятия Учащимися располагаются в таком порядке:

  1.  дана информационная модель объекта; научиться ее понимать, делать выводы, использовать для решения задач;
  2.  дано множество несистематизированных данных о реальном объекте (системе, процессе); систематизировать и, таким образом, получить информационную модель;
  3.  дан реальный объект (процесс, система); построить информационную модель, реализовать ее на компьютере, использовать для практических целей.

Формализация -  это замена реального объекта или процесса его формальным описанием, т.е. его информационной моделью.

Табличные информационные модели. Приведение данных к табличной форме является одним из приемов систематизации информации — типовой задачи информатики.

Среди разделов базового курса, относящихся к линии информационных технологий, непосредственное отношение к таблицам имеют базы данных и электронные таблицы. Предварительный разговор о таблицах, их классификации, приемах оформления является полезной пропедевтикой к изучению этих технологий.

Процесс выделения существенных для моделирования свойств объекта, связей между ними с целью их описания называется системным анализом.

Дополнительный уровень изучения темы моделирования в курсе связан с обсуждением таких понятий, как: система, структура, граф, деревья, сети.

Понятие системы для информатики оно является одним из фундаментальных и требует разъяснения: Под системой понимается любой объект, состоящий из множества взаимосвязанных частей, и существующий как единое целое.

Задача системного анализа, который проводит исследователь — упорядочить свои представления об изучаемом объекте, для того чтобы в дальнейшем отразить их в информационной модели. Просматривается следующий порядок этапов перехода от одного объекта к информационной модели:

Структура — это определенный порядок объединения элементов, составляющих систему. Наиболее удобным и наглядным способом представления структуры систем являются графы. Дерево - это графическое представление иерархической структуры системы.

Углубленный уровень содержание данного раздела позволяет реализовать на уроках следующий перечень дидактических целей:

  •  Научить учеников рассматривать окружающие объекты как системы взаимосвязанных элементов; осознавать, в чем проявляя системный эффект в результате объединения отдельных элементов в единое целое.
  •  Раскрыть смысл модели «черного ящика». Внутренне устройство системы не раскрывается, а система рассматривается лишь с точки зрения ее взаимодействия с окружающей средой.
  •  Дать представление о некоторых методах системного анализа, в частности, декомпозиции, классификации.
  •  Научить читать информационные модели, представленные в виде графов и строить граф-модели.
  •  Научить учеников разбираться в различных типах таблиц, подбирать наиболее подходящий тип таблицы для организации данных, грамотно оформлять таблицы.

Содержательная линия формализации и моделирования выполняет в базовом курсе информатики важную педагогическую задачу: развитие системного мышления учащихся.  

Основные признаки компьютерной информационной модели:

  •  наличие реального объекта моделирования;
  •  отражение ограниченного множества свойств объекта по принципу целесообразности;
  •  реализация модели с помощью определенных компьютерных средств;
  •  •возможность манипулирования моделью, активного ее использования.

Электронные таблицы являются удобной инструментальной средой для решения задач математического моделирования.

Что   же такое математическая модель? Это описание состояния поведения некоторой реальной системы (объекта, процесса) на языке математики, т.е. с помощью формул, уравнений и других математических соотношений. Обобщенная структура математической модели:

  Входные параметры                                             Выходные параметры

Реализация математической модели — это применение определенного метода расчетов значений выходных параметров по значениям входных параметров. Технология электронных таблиц - один из возможных методов реализации математической модели. Другими методами реализации математической модели может быть составление программ на языках программирования, применение математических пакетов (MathCad, Математика и др.), применение специализированных программных систем для моделирования. Реализованные такими средствами математические модели будем называть компьютерными математическими моделями.

Цель создания компьютерной математической модели — проведение численного эксперимента, позволяющего исследовать моделируемую систему, спрогнозировать ее поведение, подобрать оптимальные параметры и пр.

Итак, характерные признаки компьютерной математической модели следующие:

  •  наличие реального объекта моделирования;
  •  наличие количественных характеристик объекта: входных и выходных параметров;
  •  наличие математической связи между входными и выходными параметрами;
  •  реализация модели с помощью определенных компьютерных средств.

Требования к знаниям и умениям учащихся по линии формализации и моделирования

Учащиеся должны знать:

  •  что такое модель; в чем разница между натурной и информационной моделью;
  •  какие существуют формы представления информационных моделей (графические, табличные, вербальные, математические);
  •  что такое реляционная модель данных; основные элементы реляционной модели: запись, поле, ключ записи;
  •  что такое модель знаний, база знаний;
  •  какие проблемы решает раздел информатики «Искусственный интеллект»;

Учащиеся должны уметь:

  •  приводить примеры натурных и информационных моделей;
  •  проводить в несложных случаях системный анализ объекта (формализацию) с целью построения его информационной модели;
  •  ставить вопросы к моделям и формулировать задачи;
  •  проводить вычислительный эксперимент над простейшей математической моделью;
  •  ориентироваться в таблично-организованной информации;
  •  описывать объект (процесс) в табличной форме для простых случаев;
  •  различать декларативные и процедурные знания, факты и правила.

Табличные

Математические

Карты, схемы, чертежи, графики

Сети

Графы

Деревья

Модель иерархической системы

Реализуются в иерархических и сетевых базах данных

Описание на естественном языке

Реляционные модели

Реализуются в реляционных базах данных, электронных таблицах

Математические соотношения между количественными и качественными характеристиками объекта моделирования

Реализуются средствами электронных таблиц, математических пакетов, языков программирования

Объектно-информационные модели

Инкапсуляция (объединение) параметров объекта и действий над ним

Реализуются в объектно-ориентированном программировании, в объектно-ориентированном прикладном и системном ПО

Применяются в системах искусственного интеллекта, основанных на знаниях, - экспертных системах

Математические соотношения

Х1                                                                                                                У1

Х2                                                                                                                У2                                                             

Хn                                                                                                                Уk                                                             

                                                            

Система данных, существенных для моделирования

Реальный объект

Системный анализ

Реальный объект

Вербальные

Графические

Модели объектов и процессов

Модели знаний

Формализация – замена реального объекта его информационной моделью

ИНФОРМАЦИОННЫЕ МОДЕЛИ

НАТУРНЫЕ МОДЕЛИ

Модель – упрощенное подобие реального объекта

ФОРМАЛИЗАЦИЯ И МОДЕЛИРОВАНИЕ

  •  

 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

34724. Мера веса и объема в удельных княжествах 12.94 KB
  Основными мерами веса являлись большая96 золотников и малая48 золотников гривенка. В новгородских летописях появляется новая единица весапочка служившая при взвешивании благородных металлов и драгоценных камней. Продолжают употребляться крупные единицы весаберковец равный 10 пудам; пуд; а так же новая мера капь=4 пудам= 65.
34725. Изменение единиц площади, длины и расстояния в удельных княжествах 15.91 KB
  Сохраняется старое деление крупных единиц на мелкие: локоть или стопа = 2 пядям или ногам; сажень = 4 локтям = 8 пядям.и сажень в 174 см. Малой пяди в 19 см соответствовал локоть в 38 см й сажень в 152 см. Помимо указанных размеров саженей локтей и пядей в употреблении была и сажень в 216 см образовавшаяся на основании пяди с кувырком в 27 см1.
34726. Дифференциация денежной системы Руси периода феодальной раздробленности 18.37 KB
  Таким образом гривна из счетной денежной единицы гривны кун превратилась в гривну серебра. По источникам можно проследить что стоимость гривны серебра была в четыре раза больше стоимости гривны кун. Вес этой гривны 195 2045 г. Основные единицы гривны сеЬёрорусской и южнорусской денежных систем существовали в виде слитков.
34727. Метрологическая деятельность Московского государства по унификации системы измерений 16.43 KB
  Если в период феодальной раздробленности можо было наблюдать различие в местных мерах то в Русском централизованном государстве правительство стремится создать единые общегосударственные меры обязательные к употреблению по всей стране. Это мероприятие диктовалось централизаторской политикой правительства. Необходимость введения единых мер и веса диктовалась и экономическими соображениями.
34728. Меры длины и расстояния централизованного государства 15.5 KB
  начинает употребляться новая единица длины аршин. Аршин мера восточного происхождения но точного прототипа аршина среди восточных мер нет. Распространение аршина проходит от центра к окраинам. господствовал аршин.
34729. Меры поверхности в централизованном государстве. Сошное письмо 19.08 KB
  Официальный размер казенной десятины определился и 2400 кнадратпых сажен 80 сажеп длины и 30 сажан ширины. Наряду с казенной десятиной на частновладельческих землях встречалась десятина и большей площади 80 сажен длины и 40 ширины т. 3200 квадратных сажен. Попадалась десятина и в 2500 квадратных сажен по 50 сажен в длину и ширину.
34730. Меры веса и объема централизованного государства 16.98 KB
  В XVI XVII вв. Вместе с тем Торговая книга называет и другие весовые единицы ансыръ или фунт: В документах XVI XVII вв. В течение XVII в. Новой мерой по сравнению с предыдущим периодом является четверик появившийся в начале XVII в.
34731. Единицы длины, расстояния и площади в Российской империи 17.9 KB
  Образованной для разработки мероприятий по уточнению мер и организации поверочного дела а также обмеры подлинной линейки начала XVIII в. которой пользовался Петр I свидетельствуют что меры длины в первой половине XVIII в. омимо аршина и сажени в XVIII XIX вв. В XVIII в.
34732. Единицы веса и объема в Российской империи 18.05 KB
  Рассмотрим систему русских мер веса в XVIII в. встречаются следующие меры веса: берковец пуд фунт золотник грен крата и доля. На основе этой системы единиц измерения веса складываются наиболее употребительные наборы гирь.