Какие свойства реальных объектов воспроизводят
Содержание урока
Что такое моделирование. Натурные и информационные модели
Что такое моделирование. Формализация
Графические информационные модели. Карта, чертежи и схемы
Графические информационные модели. График — модель процесса
Что такое моделирование
Натурные и информационные модели
Изучаемые вопросы:
– Модель – упрощённое подобие реального объекта.
– Натурные и информационные модели.
– Понятие моделирования и формализации.
– Карта как информационная модель.
– Чертежи, схемы и графики – примеры графических информационных моделей.
Что такое моделирование
Основные темы параграфа:
• натурные модели;
• информационные модели;
• формализация.
Натурные модели
Сейчас речь пойдет об очень важном в науке понятии — понятии модели. Это слово многим знакомо. Возможно, кто-то из вас занимается техническим моделированием — строит модели кораблей, автомобилей или самолетов. Такие модели воспроизводят некоторые свойства реальных устройств, например, форму, способность плавать, ездить или летать. Можно привести и другие примеры моделей: глобус — это модель земного шара, манекен в магазине — модель человека, макет в мастерской архитектора — модель застройки города.
Выше перечислены примеры материальных моделей. Их еще называют натурными моделями.
Как правило, моделируемый объект представляет собой сложную систему. Например, автомобиль состоит из корпуса, двигателя, колес, рулевого управления, салона и пр.
Модель автомобиля, построенная школьником, много проще. В ней, например, может отсутствовать двигатель, электропитание, рулевое управление и другие части, размер ее меньше размера настоящего автомобиля.
Любая модель воспроизводит только те свойства оригинала, которые понадобятся человеку при ее использовании. Например, манекен и производственного робота можно назвать моделями человека. Манекен нужен для того, чтобы на него можно было надеть одежду для рекламы или для удобства работы портного, но способности ходить, мыслить или разговаривать от него не требуется. Поэтому манекен должен воспроизводить лишь форму и размер человеческого тела.
Цель создания производственного робота совсем другая. Робот должен воспроизводить некоторые физические действия человека: уметь брать и перемещать детали, закручивать и раскручивать болты и пр. Но для достижения этих целей внешнего сходства с человеком совсем не требуется.
Свойства объекта, отраженные в модели, зависят от цели моделирования. Модели одного и того же объекта будут разными, если они создаются для разных целей.
Информационные модели
Кроме натурных существуют еще информационные модели. Нетрудно понять, что для информатики именно они и представляют наибольший интерес .
Если натурная модель объекта моделирования — это его физическое подобие, то информационная модель — это его описание. Способ описания может быть самым разным: вербальным, т. е. словесным описанием на естественном языке, математическим, графическим и др. Например, чертеж корабля является его графическим описанием, а стало быть, информационной моделью корабля (рис. 2.1).
Понятие объект моделирования надо понимать в самом широком смысле. Это может быть материальный объект: корабль, комета, живая клетка; явление природы: гроза, солнечное затмение; процесс: полет ракеты, изменение стоимости акций на фондовой бирже.
Моделирование — это деятельность человека по созданию модели (натурной или информационной).
В науке существует еще одна разновидность моделей: воображаемые (идеальные) модели. Например, в физике: материальная точка, абсолютно твердое тело, идеальный газ; в математике: геометрическая точка, бесконечность и пр.
Так же как и натурные, информационные модели одного и того же объекта, предназначенные для разных целей, могут существенно различаться.
Вот пример. Нередко людям приходится заполнять всевозможные анкеты, личные карточки. Такие документы можно рассматривать как различные информационные модели человека. По форме они одинаковые (анкеты), а по содержанию разные. Например, в личной карточке работника предприятия, которая хранится в отделе кадров, о нем имеются следующие сведения: фамилия, имя, отчество, пол, год рождения, место рождения, национальность, адрес проживания, образование, семейное положение. А в медицинскую карточку того же самого человека заносятся следующие данные: фамилия, имя, отчество, пол, год рождения, группа крови, вес, рост, хронические заболевания. В обществе охотников, членом которого является этот же человек, о нем хранится третий набор сведений. Как видите, разные цели моделирования — разные информационные модели.
Современным инструментом для информационного моделирования является компьютер. С его помощью воспроизводятся самые сложные объекты, процессы, явления. Такая модель обычно отображается на экране в виде статического (неподвижного) или анимированного (подвижного) изображения, может сопровождаться звуком, т. е. использовать технологию мультимедиа.
Модель — это упрощенное подобие реального объекта. Модель отражает лишь некоторые свойства объекта, существенные с точки зрения цели моделирования.
Для обозначения сложных объектов, состоящих из множества взаимосвязанных частей, в науке используется термин система. В большинстве случаев объектами моделирования являются сложные системы: природные, технические, общественные и др.
Модель используется как заменитель реальной системы для воспроизведения отдельных ее функций, для прогноза ее поведения в определенных условиях.
Источник
Человечество в своей деятельности (научной,
образовательной, технологической,
художественной) постоянно создает и использует
модели окружающего мира. Строгие правила
построения моделей сформулировать невозможно,
однако человечество накопило богатый опыт
моделирования различных объектов и процессов.
Моделирование – это метод познания,
состоящий в создании и исследовании моделей.
Модель. Это слово многим знакомо.
Кто-то занимается созданием моделей кораблей,
самолетов, автомобилей.
Модели имеют чрезвычайно важную роль в
проектировании и создании различных технических
устройств. Без предварительного создания
чертежа невозможно изготовить даже простую
деталь.
Развитие науки невозможно без создания
теоретических моделей (теорий, законов, гипотез),
отражающих строение, свойства и поведение
реальных объектов.
Все художественное творчество фактически
является процессом создания моделей. Любое
литературное произведение может
рассматриваться, как модель реальной
человеческой жизни.
Модель создается человеком в процессе познания
окружающего мира и отражает существенные
особенности изучаемого объекта, явления или
процесса.
Модель – это некоторое упрощенное
подобие реального объекта
Разные науки исследуют объекты и процессы под
разными углами зрения и строят различные типы
моделей.
В физике изучаются процессы взаимодействия и
изменения объектов, в химии – их химический
состав, в биологии – строения и поведение живых
организмов.
Человек в различных науках исследуется в
рамках различных моделей:
- В механике – как материальная точка
- В химии – как объект, состоящий из различных
химических веществ - В биологии – как систему, стремящуюся к
самосохранению
Для описания и исследования одного и того же
объекта может использоваться несколько
моделей.
Для описания и исследования различных
объектов может использоваться одна и та же
модель.
Всякая модель воспроизводит только те свойства
объекта – оригинала, которые понадобятся при
исследовании, изучении объекта.
Никакая модель не может заменить сам объект. Но
при решении конкретной задачи, когда нас
интересуют определенные свойства изучаемого
объекта, модель может оказаться полезным и
единственным инструментом исследования.
Все модели можно разбить на два больших класса:
- Материальные модели
- Информационные модели
| Материальные модели (натурные) | Информационные | |
Графические (образные) | Знаковые | |
| Предметные модели позволяют представить в материальной наглядной форме объекты и процессы, недоступные для непосредственного исследования (очень большие или очень маленькие, очень быстрые или очень медленные)
| Образные информационные модели представляют собой зрительные образы объектов, зафиксированные на каком-либо носителе.
| Знаковые информационные модели строятся с использованием различных языков (знаковых систем).
|
При построении некоторых типов информационных
моделей одновременно используются система
графических элементов и знаковая система.
Например, в блок-схемах алгоритмов используются
различные фигуры для обозначения элементов
алгоритма и формальный алгоритмический язык для
записи программы на языке программирования.
Материальная модель – физическое
подобие объекта-оригинала
Информационная модель – описание
объекта-оригинала
Вопросы
- Что такое моделирование?
- Приведите примеры моделирования в различных
областях деятельности человека - Что такое модель?
- Может ли один объект иметь несколько моделей
(если да, приведите примеры)? - Могут ли разные объекты описываться одной и той
же моделью (если да, приведите примеры)? - Какие свойства реальных объектов воспроизводят
следующие модели:
- Муляжи продуктов в витрине магазина
- Чучело птицы
- Заводной игрушечный автомобиль
- Что такое информационная модель?
- Приведите различные примеры графических
информационных моделей - Какая форма графической модели применима для
отображения процессов - Назовите примеры материальных моделей
Задания
1. Создайте информационную модель в текстовом
редакторе MS Word / OpenOffice.org
2. Создайте информационную модель молекулы воды
по образцу (см. Приложение 1)
3. Определите объект моделирования, метод
моделирования и цель:
| Задача | Объект | Метод | Цель |
| Художнику заказывают нарисовать пейзаж. | Часть природы, окружающего мира (лес, поляна… ) | Наблюдение за объектом, создание рисунка (информационной модели) по подобию объекта | Познание окружающего мира, природы, особенностей природы данного края или местности |
| Биологу поручают исследование популяции дрозофилы. | Мелкие мушки – Дрозофилы | Наблюдение за объектом, изучение поведения объекта, его жизнедеятельности | Понимание того, как устроен объект, законов развития и взаимодействия с окружающей средой; Прогнозирование последствий от воздействий на объект. |
| Для покупки квартиры нужно взять в банке кредит. | Кредитная программа банка | Изучение условий кредитования, Сбор необходимых документов, произведение математических расчетов | Управление объектом или процессом и определение наилучших способов управления |
4. Объясните различие моделей бабочки с точки
зрения биолога, художника, рыболова, скульптора,
фотографа:
| Модель бабочки | |
| Биолог | Засушенная бабочка |
| Художник | Рисунок |
| Рыболов | Наживка |
| Фотограф | Фотография |
| Скульптор | Скульптура |
4. Рассмотрите отрывок стихотворения Агнии
Барто «Машенька» как модель. Что является
объектом-оригиналом? Какие существенные
свойства отражены в этой модели?
Часы пробили восемь,
Сейчас затихнет дом.
Сейчас платок набросим
На клетку со щеглом.Есть у меня дочка,
Ей скоро полгодочка,
Она лежит, не плачет,
Глаза от света прячет.
Чтоб у нас она спала,
Снимем лампу со стола.Ходят тени по стене,
Будто птицы в тишине
Стаями летят.
Кошка сердится во сне
На своих котят.Мы спать ложимся рано,
Сейчас закроем шторы,
Диваны-великаны
Теперь стоят как горы…
Баю-баюшки-баю,
Баю Машеньку мою.
5. Изобразите графом-моделью фразу «Я знаю, что
ты знаешь, что я знаю»
6. Откройте презентацию (Приложение
2). Доработайте данную модель так, чтобы
минутная стрелка выполняла полностью весь круг.
Добавьте часовую стрелку.
Источник
1
2
Что такое модель? Модели воспроизводят некоторые свойства реальных объектов: форму, способность плавать, ездить, летать и т.д. Музейный экспонат Глобус Игрушечная железная дорога Чертежи самолета
3
3 Модель – упрощенное представление о реальном объекте, процессе или явлении. Модель сохраняет наиболее важные характеристики и свойства оригинала. Модель – любой аналог, образ (мысленный или условный: изображение, описание, схема, символ, формула, чертеж, план, таблица, карта и т.п.) какого-либо объекта исследования.
4
4 Модель необходима для того, чтобы: понять, как устроен реальный объект: какова его структура, основные свойства, законы развития и взаимодействия с окружающим миром; научиться управлять объектом или процессом: определить наилучшие способы управления при заданных целях и критериях (оптимизация); прогнозировать прямые или косвенные последствия реализации заданных способов и форм воздействия на объект.
5
5 Моделирование : построение и изучение моделей с целью получения новых знаний и дальнейшего совершенствования характеристик объектов исследования; метод научного познания объективного мира с помощью моделей.
6
Свойства модели зависят от цели моделирования Модели одного и того же объекта будут разными, если они создаются для разных целей: Манекен в магазине (модель человека) – воспроизводит лишь форму и размер человеческого тела, нужен для рекламы одежды или удобства работы портного; Производственный робот воспроизводит некоторые физические действия человека – умения брать, перемещать детали, закручивать и раскручивать болты – нужен для выполнения однообразной тяжелой рутинной работы; Скелет человека воспроизводит только костную структуру человеческого организма – необходим для изучения строения и последующего лечения человека.
7
7 Классификация моделей По области использования МОДЕЛИ УЧЕБНЫЕОПЫТ- НЫЕ НАУЧНО- ТЕХНИ- ЧЕСКИЕ ИГРОВЫЕИМИТАЦИ- ОННЫЕ НАГЛЯДНЫЕ ПОСОБИЯ ТРЕНАЖЕРЫ ОБУЧАЮ- ЩИЕ ПРОГРАММЫ МОДЕЛЬ КОРАБЛЯ АЭРОДИНАМ ИЧЕСКАЯ ТРУБА СТЕНД ДЛЯ ПРОВЕРКИ TV ВОЕННЫЕ ЭКОНОМИЧЕ СКИЕ ДЕЛОВЫЕ ИСПЫТАНИЕ НОВЫХ ЛЕКАРСТВЕН- НЫХ СРЕДСТВ НА ЖИВОТНЫХ
8
8 Классификация моделей ПО СПОСОБУ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ МОДЕЛИ МАТЕРИАЛЬНЫЕИНФОРМАЦИОННЫЕ ВЕРБАЛЬНЫЕЗНАКОВЫЕ МЫСЛЕННОУСТНО НА ЛЮБОМ ЯЗЫКЕ ИГРУШКИ ГЛОБУС ЧУЧЕЛО ПТИЦЫ ФИЗИЧЕСКИЕ ИЛИ ХИМИЧЕСКИЕ ОПЫТЫ
9
Классификация моделей По способу представления (из чего сделаны): Материальные (натурные) – воспроизводят геометрические и физические свойства объекта всегда имеют реальное воплощение (детские игрушки, чучела птиц, карты, схемы, макеты, опыты и т.д.); Информационные – нельзя потрогать или увидеть воочию, т.к. они не имеют материальной основы, а строятся только на информации (любое описание объекта на одном из разговорных или формальных языков).
10
Классификация информационных моделей Вербальные – словесное описание объекта на естественном языке; Графические – графическое представление объекта (фотографии, карты, схемы, графики и т.д.); Табличные – структурирование информации об объекте в виде таблицы; В виде графа – древовидная форма представления взаимосвязей отдельных частей объекта; Математические – количественные характеристики объекта и связи между ними, представленные в виде формул.
11
Классификация моделей С учетом фактора времени: Статические – одномоментный срез информации по объекту (обследование школьников в поликлинике дает картину состояния детей в настоящий момент); Динамические – позволяют увидеть состояние объекта во времени (медицинская карта школьника отражает состояние здоровья ребенка в течение нескольких лет).
12
Причины создания моделей: В реальном времени оригинал может уже не существовать или его нет в действительности (теория вымирания динозавров, теория гибели Атлантиды…); Оригинал может иметь много свойств и взаимосвязей. Чтобы глубоко изучить какое-то конкретное свойство, иногда полезно отказаться от менее существенных, вовсе не учитывая их (карта местности, модель живых организмов…); Оригинал либо очень велик, либо очень мал (глобус, модель Солнечной системы, модель атома, живой клетки…); Исследование оригинала объекта может привести к его разрушению (модель самолета, автомобиля…);
13
Объектом моделирования может быть: Материальный объект: корабль, комета, живая клетка… Явление природы: гроза, солнечное затмение, снегопад… Процесс: полет ракеты, ядерный взрыв, изменение стоимости акций на фондовой бирже… Поведение: человека и животных в разных ситуациях, технических средств под действием окружающей среды…
14
Для обозначения сложных объектов, состоящих из множества взаимосвязанных частей, в науке используется термин «система». Объектами моделирования чаще всего являются сложные системы: природные, технические, общественные и др.
15
ФОРМАЛИЗАЦИЯ – суть информационного моделирования; результат перехода от реальных свойств моделируемой системы (объекта) к их формальному обозначению в определенной знаковой системе.
16
16 Компьютерные модели Компьютерные модели – это модели, реализованные на компьютере средствами программного обеспечения. КОМПЬЮТЕРНЫЕ МОДЕЛИ ТЕКСТ ТАБЛИЦЫ ГРАФИКАЗВУК АЛГОРИТМЫ
17
17 Основные этапы моделирования на компьютере 1. Построение модели ( обычно описание информационной модели). 2. Формализация модели (запись на каком – либо формальном языке). 3. Построение компьютерной модели (на языке программирования или с использованием прикладной программы). 4. Проведение компьютерного эксперимента. 5. Анализ результатов моделирования.
18
Вопросы на понимание Какие свойства реальных объектов воспроизводят следующие модели? Муляжи продуктов в витрине магазина; Чучело птицы; Заводной игрушечный автомобиль. Можно ли элементы следующего списка считать информационными моделями и что является объектом моделирования? Расписание уроков; Программа телевидения; Рецепт на получение лекарства. Что такое формализация и можно ли выставление учителем оценки за ваш ответ на уроке назвать формализацией?
Источник