Формализация и визуализация информационных моделей 9 класс конспект
Обновлено: 16.05.2024
Человечество в своей деятельности (научной, образовательной, технологической, художественной и др.) постоянно создает и использует модели окружающего мира. Строгие правила построения моделей сформулировать невозможно, однако человечество накопило богатый опыт моделирования различных объектов и процессов.
Модели имеют чрезвычайно важную роль в проектировании и создании различных технических устройств, машин и механизмов, зданий, электрических цепей и т. д. Без предварительного создания чертежа невозможно изготовить даже простую деталь, не говоря уже о сложном механизме. В процессе проектирования зданий и сооружений кроме чертежей часто изготавливают их макеты.
Каждый объект имеет большое количество различных свойств. В процессе построения модели выделяются главные, наиболее существенные для проводимого исследования свойства. В процессе исследования аэродинамических качеств модели самолета в аэродинамической трубе важно, чтобы модель имела геометрическое подобие оригинала, но не важен, например, ее цвет. При построении электрических схем - моделей электрических цепей необходимо учитывать порядок подключения элементов цепи друг к другу, но не важно их геометрическое расположение друг относительно друга и т. д.
Модель - это искусственно создаваемый объект, заменяющий некоторый объект реального мира(объект моделирования) и воспроизводящий ограниченное число его свойств, существенные с точки зрения целей моделирования
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 - строение и поведение живых организмов и т. д.
Рассмотрим в качестве примера человека: в разных науках он исследуется в рамках различных моделей. В механике его можно рассматривать как материальную точку, в химии - как объект, состоящий из различных химических веществ, в биологии - как систему, стремящуюся к самосохранению и т. д.
С другой стороны, разные объекты могут описываться одной моделью. Например, для описания движения планет, движения автомобиля или движения мяча в определенных условиях (размеры объекта гораздо меньше его перемещений) можно использовать одну и ту же модель движения материальной точки.
Никакая модель не может заменить сам объект. Но при решении конкретной задачи, когда нас интересуют определенные свойства изучаемого объекта, модель оказывается полезным, а подчас и единственным инструментом исследования.
Материальные и информационные модели
Материальные(предметные, натурные) модели воспроизводят геометрические и физические свойства оригинала и всегда имеют реальное воплощение( макеты, детские игрушки… )
Материальные модели позволяют представить в материальной наглядной форме объекты и процессы, недоступные для непосредственного исследования (очень большие или очень маленькие объекты, очень быстрые или очень медленные процессы и др.).
Информационные модели представляют собой информацию о свойствах и состоянии объекта, процесса, явления, и его взаимосвязи с внешним миром(Расписание уроков, график дежурств. )
- образные(фотографии, видео)
- 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)
Вербальная модель – информационная модель в мысленной или разговорной форме, модели, полученные в результате раздумий, умозаключений. К таким моделям можно отнести и идею, возникшую у изобретателя, и музыкальную тему, промелькнувшую в голове композитора, и рифму, прозвучавшую пока еще в сознании поэта.
Знаковая модель – информационная модель, выраженная специальными знаками, т. е. средствами любого формального языка. Например: формулы, тексты, графики и схемы..
Иерархические модели
В иерархической информационной модели объекты распределяются по уровням, от первого (верхнего) уровня до нижнего (последнего) уровня. На первом уровне может располагаться только один элемент. Основное отношение между уровнями состоит в том, что элемент более высокого уровня может состоять из нескольких элементов нижнего уровня, при этом каждый элемент нижнего уровня может входить в состав только одного элемента верхнего уровня.
Удобным способом наглядного представления иерархических информационных моделей являются графы. Элементы иерархической модели отображаются в графе овалами (вершинами графа).
Элементы каждого уровня, кроме последнего, находятся в отношении "состоять из" к элементам более низкого уровня. Такая связь между элементами отображается в форме дуги графа (направленной линии в форме стрелки).
Графы, имеющие одну вершину верхнего уровня, напоминают деревья, которые растут сверху вниз, поэтому называются деревьями. Дуги дерева могут связывать объекты только соседних иерархических уровней, причем каждый объект нижнего уровня может быть связан дугой только с одним объектом верхнего уровня.
Для описания исторического процесса смены поколений семьи используются информационные модели в форме генеалогического дерева
Формализация и визуализация моделей
Описательные информационные модели. Такие модели отображают объекты, процессы и явления качественно, т. е. не используя количественных характеристик. Описательные информационные модели обычно строятся с использованием естественных языков ирисунков.
В истории науки известны многочисленные описательные информационные модели. Так, гелиоцентрическая модель мира Коперника на естественном языке формулировалась следующим образом: Земля вращается вокруг Солнца, а Луна вращается вокруг Земли;
С помощью формальных языков строятся формальные информационные модели. Математика является наиболее широко используемым формальным языком. С использованием математических понятий и формул строятся математические модели. Математика включает различные формальные языки, с некоторыми из них (алгебра и геометрия) вы знакомитесь в школе.
В естественных науках (физике, химии и др.) строятся формальные модели явлений и процессов. В большинстве случаев для этого применяется универсальный математический язык алгебраических формул. Однако в некоторых случаях используются специализированные формальные языки (в химии - язык химических формул, в музыке - нотная грамота и т. д.).
Формальный язык – язык, в котором за каждым словом закрепляется ровно один смысл(алгоритмы, арифметические действия).
В процессе исследования формальных моделей часто производится их визуализация. Для визуализации алгоритмов используются блок-схемы, пространственных соотношений между объектами - чертежи, моделей электрических цепей - электрические схемы. При визуализации формальных моделей с помощью анимации может отображаться динамика процесса, производиться построение графиков изменения величин и т. д.
В настоящее время широкое распространение получили компьютерные интерактивные визуальные модели. В таких моделях исследователь может менять начальные условия и параметры протекания процессов и наблюдать изменения в поведении модели.
Д.з: Прочитать стр. 142-152 учебника. Устно ответить на вопросы в конце параграфов
Презентация урока
- Для учеников 1-11 классов и дошкольников
- Бесплатные сертификаты учителям и участникам
Тема урока: Формализация и визуализация моделей
Формирование умений и навыков, носящих в современных условиях общенаучный и общеинтеллектуальный характер, как моделирование и формализация;
Развитие у школьников теоретического, творческого мышления, а также формирование операционного мышления, направленного на выбор оптимальных решений, развитие навыков и умений применения современных компьютерных технологий.
Научить школьников применять современное программное обеспечение.
Задачи урока:
Учебная: сформировать понятие модели, формализации, визуализации, изучить основные виды моделей, их назначение и свойства.
Развивающая: развитие исследовательской компетентности учащихся при формализации модели, логического мышления, расширение кругозора,
Воспитательная: развитие познавательного интереса, воспитание информационной культуры.
Ход урока:
Приветствие. Проверка присутствующих. Постановка цели. Формирование мотивации к изучению темы.
Объяснение нового материала
Моделирование как метод познания (слайд №2, слайд №3)
Человечество в своей деятельности (научной, образовательной, технологической, художественной) постоянно создаёт и использует модели окружающего мира. Модели позволяют представить в наглядной форме объекты и процессы, недоступные для непосредственного восприятия (очень большие или очень маленькие объекты, очень быстрые или очень медленные и др.)
Наглядные модели часто используются в процессе обучения:
в курсе географии – глобус
в курсе физики – двигатель внутреннего сгорания
в курсе химии – модели молекул и кристаллических решёток
в курсе биологии – ДНК
Модели играют важную роль в создании различных технических устройств, машин и механизмов, зданий, электрических цепей и т.д.
Развитие науки невозможно без создания теоретических моделей – теорий, законов, гипотез и т.д.
Всё художественное творчество является процессом создания моделей: любое литературное произведение – модель реальной человеческой жизни, живописные полотна, скульптуры, театральные постановки.
Моделирование – это метод познания, состоящий в создании и исследовании моделей.
Каждый объект имеет большое количество различных свойств. В процессе построения модели выделяются главные, наиболее существенные для проводимого исследования, свойства.
Модель – это некий новый объект, который отражает существенные особенности изучаемого объекта, явления или процесса.
Никакая модель не может заменить сам объект. Но при решении конкретной задачи, когда нас интересует определённые свойства изучаемого объекта, модель оказывается полезным, а иногда и единственным инструментом исследования.
Формы представления моделей. (слайд №4, слайд №5, слайд №6, слайд №7)
Модели материальные и информационные.
Все модели можно разбить на 2 большие класса: предметные (материальные) и модели информационные.
Предметные модели воспроизводят геометрические, физические и другие свойства объектов в материальной форме (глобус, анатомические муляжи, модели кристаллических решеток, макеты зданий и другие)
Информационные модели представляют объекты и процессы в образной или знаковой форме, знаковые информационные модели строятся с использованием различных языков (знаковых систем) могут быть представлены в форме текста ( например, программы на языке программирования) формулы ( например 2-ой закон Ньютона) таблицы (например, периодическая таблица элементов Д.И. Менделеева) и другие.
Формализация (слайд №8)
Естественные языки используются для создания описательных информационных моделей (например, гелиоцентрическая модель мира Коперника).
Для отображения различных процессов часто прибегают к построению графиков, чертежей, схем – это примеры графических информационных моделей.
с помощью формальных языков строятся формальные информационные модели (математические, логические).
Модели, построенные с использованием математических понятий и формул, называются математическими моделями.
Язык алгебры логики позволяет строить формальные логические модели, например,
логические модели устройств компьютера: сумматора и триггера.
Процесс построения информационных моделей с помощью формальных языков называется формализацией.
В процессе познания окружающего мира человечество постоянно использует моделирование и формализацию. При изучении нового объекта сначала строится его описательная информационная модель на естественном языке, затем она формализуется, т.е. выражается с использованием формальных языков (математики, логики и другие)
Физкультминутка
И.п. - стоя, руки вдоль туловища. 1 - правую руку на пояс, 2 - левую руку на пояс, 3 - правую руку на плечо, 4 - левую руку на плечо, 5 - правую руку вверх, 6 - левую руку вверх, 7-8 - хлопки руками над головой, 9 - опустить левую руку на плечо, 10 - правую руку на плечо, 11 - левую руку на пояс, 12 - правую руку на пояс, 13-14 - хлопки руками по бедрам.
Защита проектов
Учащимся заранее было дано задание – построить генеалогическое древо своей семьи.
Новая тема для меня оказалась…
а) легкой
б) трудной, но интересной;
в) трудной.
Я считаю, что я…
а) поработал хорошо;
б) я не очень удовлетворителен своей работой, мог бы быть активнее;
в) совсем неудовлетворителен своей работой.
Домашнее задание: § 2.2.3 вопросы
Подведение итогов. Подведем итоги нашей работы. Мы просмотрели ваши проекты. Все работы, представленные на уроке, показали хорошее знание информационных технологий и умение применять их при выполнении заданий практического содержания. Хочется отметить, что никто из учеников не отнесся к работе равнодушно. Всем спасибо! Удачи вам! До свидания.
Учебная: сформировать понятие модели, формализации, визуализации, изучить основные виды моделей, их назначение и свойства.
Развивающая: развитие исследовательской компетентности учащихся при формализации модели, логического мышления, расширение кругозора,
Воспитательная: развитие познавательного интереса, воспитание информационной культуры.
Ход урока:
Приветствие. Проверка присутствующих. Постановка цели. Формирование мотивации к изучению темы.
- Объяснение нового материала
- Моделирование как метод познания
Человечество в своей деятельности (научной, образовательной, технологической, художественной) постоянно создаёт и использует модели окружающего мира. Модели позволяют представить в наглядной форме объекты и процессы, недоступные для непосредственного восприятия (очень большие или очень маленькие объекты, очень быстрые или очень медленные и др.)
Наглядные модели часто используются в процессе обучения:
в курсе географии – глобус
в курсе физики – двигатель внутреннего сгорания
в курсе химии – модели молекул и кристаллических решёток
в курсе биологии – ДНК
Модели играют важную роль в создании различных технических устройств, машин и механизмов, зданий, электрических цепей и т.д.
Развитие науки невозможно без создания теоретических моделей – теорий, законов, гипотез и т.д.
Всё художественное творчество является процессом создания моделей: любое литературное произведение – модель реальной человеческой жизни, живописные полотна, скульптуры, театральные постановки.
Моделирование – это метод познания, состоящий в создании и исследовании моделей.
Каждый объект имеет большое количество различных свойств. В процессе построения модели выделяются главные, наиболее существенные для проводимого исследования, свойства.
Модель – это некий новый объект, который отражает существенные особенности изучаемого объекта, явления или процесса.
Никакая модель не может заменить сам объект. Но при решении конкретной задачи, когда нас интересует определённые свойства изучаемого объекта, модель оказывается полезным, а иногда и единственным инструментом исследования.
Модели материальные и информационные.
Все модели можно разбить на 2 большие класса: предметные (материальные) и модели информационные.
Предметные модели воспроизводят геометрические, физические и другие свойства объектов в материальной форме (глобус, анатомические муляжи, модели кристаллических решеток, макеты зданий и другие)
Информационные модели представляют объекты и процессы в образной или знаковой форме, знаковые информационные модели строятся с использованием различных языков (знаковых систем) могут быть представлены в форме текста ( например, программы на языке программирования) формулы ( например 2-ой закон Ньютона) таблицы (например, периодическая таблица элементов Д.И. Менделеева) и другие.
Естественные языки используются для создания описательных информационных моделей (например, гелиоцентрическая модель мира Коперника).
Для отображения различных процессов часто прибегают к построению графиков, чертежей, схем – это примеры графических информационных моделей.
с помощью формальных языков строятся формальные информационные модели (математические, логические).
Модели, построенные с использованием математических понятий и формул, называются математическими моделями.
Язык алгебры логики позволяет строить формальные логические модели, например,
логические модели устройств компьютера: сумматора и триггера.
Процесс построения информационных моделей с помощью формальных языков называется формализацией.
В процессе познания окружающего мира человечество постоянно использует моделирование и формализацию. При изучении нового объекта сначала строится его описательная информационная модель на естественном языке, затем она формализуется, т.е. выражается с использованием формальных языков (математики, логики и другие).
Этапы разработки и исследования моделей на ПК:
1 этап. Построение описательной информационной модели
Такая модель выделяет существенные с точки зрения целей проводимого исследования параметры объекта, а несущественными параметрами пренебрегает.
2 этап. Построение формализованной модели
Описательная информационная модель записывается с помощью какого-либо формального языка.
9 класс, 37-38 урок
Учитель: Брух Т.В.
Дата: ________________-
Формирование умений и навыков, носящих в современных условиях общенаучный и обще интеллектуальный характер, как моделирование и формализация;
Развитие у школьников теоретического, творческого мышления, а также формирование операционного мышления, направленного на выбор оптимальных решений, развитие навыков и умений применения современных компьютерных технологий.
Научить школьников применять современное программное обеспечение.
Задачи урока:
Учебная: сформировать понятие модели, формализации, визуализации, изучить основные виды моделей, их назначение и свойства.
Развивающая: развитие исследовательской компетентности учащихся при формализации модели, логического мышления, расширение кругозора,
Воспитательная: развитие познавательного интереса, воспитание информационной культуры.
Ход урока:
Приветствие. Проверка присутствующих. Постановка цели. Формирование мотивации к изучению темы.
Объяснение нового материала
Моделирование как метод познания
Человечество в своей деятельности (научной, образовательной, технологической, художественной) постоянно создаёт и использует модели окружающего мира. Модели позволяют представить в наглядной форме объекты и процессы, недоступные для непосредственного восприятия (очень большие или очень маленькие объекты, очень быстрые или очень медленные и др.)
Наглядные модели часто используются в процессе обучения:
в курсе географии – глобус
в курсе физики – двигатель внутреннего сгорания
в курсе химии – модели молекул и кристаллических решёток
в курсе биологии – ДНК
Модели играют важную роль в создании различных технических устройств, машин и механизмов, зданий, электрических цепей и т.д.
Развитие науки невозможно без создания теоретических моделей – теорий, законов, гипотез и т.д.
Всё художественное творчество является процессом создания моделей: любое литературное произведение – модель реальной человеческой жизни, живописные полотна, скульптуры, театральные постановки.
Моделирование – это метод познания, состоящий в создании и исследовании моделей.
Каждый объект имеет большое количество различных свойств. В процессе построения модели выделяются главные, наиболее существенные для проводимого исследования, свойства.
Модель – это некий новый объект, который отражает существенные особенности изучаемого объекта, явления или процесса.
Никакая модель не может заменить сам объект. Но при решении конкретной задачи, когда нас интересует определённые свойства изучаемого объекта, модель оказывается полезным, а иногда и единственным инструментом исследования.
Формы представления моделей.
Модели материальные и информационные.
Все модели можно разбить на 2 большие класса: предметные (материальные) и модели информационные.
Предметные модели воспроизводят геометрические, физические и другие свойства объектов в материальной форме (глобус, анатомические муляжи, модели кристаллических решеток, макеты зданий и другие)
Информационные модели представляют объекты и процессы в образной или знаковой форме, знаковые информационные модели строятся с использованием различных языков (знаковых систем) могут быть представлены в форме текста ( например, программы на языке программирования) формулы ( например 2-ой закон Ньютона) таблицы (например, периодическая таблица элементов Д.И. Менделеева) и другие.
Естественные языки используются для создания описательных информационных моделей (например, гелиоцентрическая модель мира Коперника).
Для отображения различных процессов часто прибегают к построению графиков, чертежей, схем – это примеры графических информационных моделей.
с помощью формальных языков строятся формальные информационные модели (математические, логические).
Модели, построенные с использованием математических понятий и формул, называются математическими моделями.
Язык алгебры логики позволяет строить формальные логические модели, например,
логические модели устройств компьютера: сумматора и триггера.
Процесс построения информационных моделей с помощью формальных языков называется формализацией.
В процессе познания окружающего мира человечество постоянно использует моделирование и формализацию. При изучении нового объекта сначала строится его описательная информационная модель на естественном языке, затем она формализуется, т.е. выражается с использованием формальных языков (математики, логики и другие).
Этапы разработки и исследования моделей на ПК:
1 этап. Построение описательной информационной модели
Такая модель выделяет существенные с точки зрения целей проводимого исследования параметры объекта, а несущественными параметрами пренебрегает.
2 этап. Построение формализованной модели
Описательная информационная модель записывается с помощью какого-либо формального языка.
В такой модели с помощью формул, уравнений, неравенств и пр. фиксируются формальные соотношения между начальными и конечными значениями свойств объектов, а также накладываются ограничения на допустимые значения этих свойств.
3 этап. Создание компьютерной модели
Существуют два принципиально различных пути построения компьютерной модели:
1) построение алгоритма решения задачи и его кодирование на одном из языков программирования;
2) построение компьютерной модели с использованием одного из приложений (электронных таблиц, СУБД и пр.).
В процессе создания компьютерной модели полезно разработать удобный графический интерфейс, который позволит визуализировать формальную модель, а также реализовать интерактивный диалог человека с компьютером на этапе исследования модели.
4 этап. Компьютерный эксперимент
Если компьютерная модель существует в виде программы на одном из языков программирования, ее нужно запустить на выполнение и получить результаты.
Если компьютерная модель исследуется в приложении, например в электронных таблицах, можно провести сортировку или поиск данных, построить диаграмму или график и т.д.
5 этап. Анализ полученных данных и корректировка исследуемой модели
В случае различия результатов, полученных при исследовании информационной модели, с измеряемыми параметрами реальных объектов можно сделать вывод, что на предыдущих этапах построения модели были допущены ошибки или неточности.
Например, при построении описательной качественной модели могут быть неправильно отобраны существенные свойства объектов, в процессе формализации могут быть допущены ошибки в формулах и так далее.
В этих случаях необходимо провести корректировку модели, причем уточнение модели может проводиться многократно, пока анализ результатов не покажет их соответствие изучаемому объекту.
Защита проектов
Учащимся заранее было дано задание – построить генеалогическое древо своей семьи.
Домашнее задание: § 2.2.3
Подведение итогов. Подведем итоги нашей работы. Мы просмотрели ваши проекты. Все работы, представленные на уроке, показали хорошее знание информационных технологий и умение применять их при выполнении заданий практического содержания. Хочется отметить, что никто из учеников не отнесся к работе равнодушно. Всем спасибо! Удачи вам! До свидания.
Целевая аудитория: для 9 класса
Представлены конспект и презентация к уроку. По виду, урок представляет собой урок объяснения новой темы. Урок выстроен достаточно традиционно. Новизна отсутствует. В ресурсе не отражен дифферинцированный подход, не прослеживается мотивация. Презентация оформлена в едином стиле, но мало использованы возможности программы Power Point. Тест, предлагаемый в ресурсе, не открывается.
Физкультминутки обеспечивают кратковременный отдых детей на уроке, а также способствуют переключению внимания с одного вида деятельности на другой.
Диплом и справка о публикации каждому участнику!
© 2007 - 2022 Сообщество учителей-предметников "Учительский портал"
Свидетельство о регистрации СМИ: Эл № ФС77-64383 выдано 31.12.2015 г. Роскомнадзором.
Территория распространения: Российская Федерация, зарубежные страны.
Учредитель: Никитенко Евгений Игоревич
Сайт является информационным посредником и предоставляет возможность пользователям размещать свои материалы на его страницах.
Публикуя материалы на сайте, пользователи берут на себя всю ответственность за содержание материалов и разрешение любых спорных вопросов с третьими лицами.
При этом администрация сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов, связанных с работой и содержанием сайта.
Если вы обнаружили, что на сайте незаконно используются материалы, сообщите администратору через форму обратной связи — материалы будут удалены.
Все материалы, размещенные на сайте, созданы пользователями сайта и представлены исключительно в ознакомительных целях. Использование материалов сайта возможно только с разрешения администрации портала.
Фотографии предоставлены
Читайте также: