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

59 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

50472. Социальное обеспечение в постпенитенциарных учреждениях 91.87 KB
  Изучение проблем лиц, в отношении которых мерой пресечения избрано заключение под стражу, лиц, освободившихся из мест заключений и условий, способствующих их возвращению к нормальной социальной жизни, а также изучение основных аспектов социальной работы с данной категорией граждан, а также поиска способа, обеспечивающего эффективную защиту данных категорий.
50475. Изучение распространения света в анизотропной среде и интерференции поляризованных лучей. Определение параметров кварцевого клина 773 KB
  Интерференция поляризованного света. Цель работы: изучение распространения света в анизотропной среде и интерференции поляризованных лучей. При прохождении света через все прозрачные кристаллы некубической системы наблюдается двойное лучепреломление. Даже при нормальном падении света на кристалл необыкновенный луч отклоняется от нормали.
50476. Создание удаленной базы данных InterBase 1.35 MB
  Создайте домены таблицы БД используя ограничения целостности домена. Создайте таблицы со ссылочной целостностью и ограничением сущности. Заполнить таблицы данными не менее 5 записей. Создать триггер для изменения значений таблицы.
50477. Радиоэлектроника. Сборник лабораторных работ 3.95 MB
  Изучение электронных стабилизаторов напряжения Пробой рn перехода Явление резкого возрастания обратного тока при незначительном увеличении обратного напряжения сверх определенного значения называют пробоем рn перехода. Лавинный пробой обратим – после снижения напряжения процесс прекращается и ток резко падает. В отсутствии внешнего напряжения рис.
50478. Способы коррекции изображения в Adobe Photoshop 341.5 KB
  Механизм действия коррекции состоит в одновременном преобразовании всех выбранных пикселей в новое состояние. Разумеется самый популярный из растровых графических редакторов программа dobe Photoshop предоставляет широкий набор различных средств коррекции. Разные способы коррекции могут устранять дефекты различного рода.
50479. Руководство по работе с цифровым осциллографом PicoScope 2203 344.5 KB
  Панель захвата изображения содержит клавиши и меню управления изображением осциллограммы: режим осциллографа режим послесвечения режим спектроанализатора клавиша автоматической установки автоматически подбирает параметры наилучшего изображения осциллограммы клавиша сброса параметров осциллографа восстанавливает исходные настройки осциллографа меню выбора коэффициента развертки определяет время приходящееся на одно деление меню растяжки по горизонтали позволяет маштабировать осциллограмму в горизонтальном...