10 класс Информационные модели (4 ч)

Данная тема развивает у учащихся представления о компьютере как инструментальном средстве для решения практических задач. В теме можно выделить две части: теоретическую – основные понятия и практическую – исследование моделей.Практическая часть отнесена в тему «Обработка информации в электронных таблицах».

На первом уроке можно познакомить учащихся практически со всеми новыми понятиями темы. Учитель раскрывает смысл понятия «модель», знакомит учащихся с видами моделей. Модель – это объект, который используется с какой-то целью вместо другого объекта. Исходный объект называют оригиналом. Модели классифицируют по разным признакам: пообласти использования (учебные, опытные, научно-технические, игровые, имитационные), с учетом временного фактора (статические и динамические), по отраслям знаний (математические, физические, экономические, биологические и др.), по способу представления (материальные и информационные).

Для успешной работы человеку зачастую необходимо целенаправленно отбирать информацию об изучаемом объекте. В этом случае говорят, что человек создает информационную модель объекта. Информационная модель – воспроизводит свойства объекта в образно-знаковой форме, т.е. является его описанием.

Процесс создания и использования модели называют моделированием. В процессе моделирования важной характеристикой является адекватность модели – степень соответствия модели изучаемым свойствам объекта.

Процесс моделирования состоит из нескольких этапов:

1) постановка задачи;

2) разработка плана создания модели;

3) создание модели;

4) анализ модели на соответствие оригиналу;

5) решение задачи с помощью модели.

Если позволяет время учащимся можно рассказать о методах моделирования и их сущности: системном методе, методе гипотез, объектном методе; о роли моделирования в исследовании явлений и процессов в различных областях. Нас интересуют возможности компьютера для создания и использования моделей. Компьютерная модель – это информационная модель объекта, которая хранится в памяти компьютера. Процесс создания и использования компьютерных моделей называют компьютерным моделированием.

В школьном пособии рассматривают следующие задачи, иллюстрирующие модели разных видов:

1) Задача о выборе положения железнодорожной станции (как пример статической модели; ЭТ).

2) Моделирование полета тела, брошенного под углом к горизонту (как пример динамической модели; ЭТ).

3) Задача нахождения площади фигуры методом Монте-Карло (как пример вероятностной модели; АЯ).

4) Моделирование игры «Орел или решка» для двух игроков (как пример вероятностной модели; ЭТ).

а также модели из разных предметных областей:

5) Задача о загрязнении водоема вредными промышленными отходами (как пример экологической модели; ЭТ).

6) Задача о денежном вкладе в банк (как пример финансовой модели; ЭТ).

7) Задача о производстве вакцины на основе выращивания культур бактерий (как пример модели замкнутой биосистемы; ЭТ).

8) Модель размещения мебели (как пример модели из бытовой сферы; пакет моделирования).

9) Модель динамики популяций (как пример биологической модели; пакет моделирования).

В пособии «Информатика 8 – 9» (Быкадоров, Кузнецов) рассматривают следующие примеры задач:

1). Моделирование в задачах процентного роста (ЭТ).

2). Моделирование в задачах роста и убывания (ЭТ).

3). Модели размещения (АЯ – Чертежник).

4-5). Моделирование полета тела, брошенного под углом к горизонту, с помощью: 1) ЭТ; 2) АЯ – Чертежник.

6). Моделирование в задачах выбора положения ж/д станции (ЭТ).

7). Моделирование поведения мыши в лабиринте (АЯ – Робот).

8). Вычисление площади фигуры методом Монте-Карло (АЯ – Чертежник).

Учитель может сам выбирать задачи для рассмотрения их с учащимися. Желательно рассмотреть модели из разных предметных областей: математики, физики, экономики и др.

Изучение темы основано на идее: работа с моделями – важное умение пользователя. Поэтому предусматривается работа с готовыми моделями и формирование только первоначальных знаний и умений моделирования. На конкретных примерах показывают процесс исследования модели, его этапы. Внимание акцентируют на реализации модели и возможностях компьютера.

Для большинства компьютерных моделей в школьном пособии полностью или частично приводится схема создания модели. Ее можно заранее ввести и сохранить на компьютере. После разбора задачи учащиеся могут не тратить время на ввод, а использовать готовую модель или фрагмент, дополнив его недостающими командами.

Материал темы позволяет:

1) ознакомить учащихся с общим подходом к созданию и исследованию моделей: от постановки задачи до анализа результатов;

2) рассматривать все модели с точки зрения принципа их работы как программ;

3) исследовать свойства преимущественно готовых моделей, что позволяет для сложных прикладных задач избежать громоздкого изложения;

4) демонстрировать в качестве средств моделирования прикладные программы, языки программирования, специализированные пакеты моделирования;

5) рассматривать вопросы эффективности того или иного программного средства для построения модели, поскольку к моменту изучения темы у учащихся накоплен достаточный опыт работы с программным обеспечением;

6) исследовать модели не только из разных областей наук.

Изучение темы – один из шагов усвоения и использования технологии компьютерного моделирования. Выделяют уровни овладения этой технологией:

1) пропедевтика – этапы моделирования присутствуют при решении задач алгоритмизации, вычислениях в ЭТ;

2) практический опыт работы с компьютерными моделями – использование моделирующих программ на информатике и др. предметах;

3) анализ компьютерных моделей с точки зрения их структуры – внесение изменений в готовые модели, поиск эффективного решения;

4) систематизация знаний о технологии компьютерного моделирования и моделирование ситуаций с небольшим количеством параметров;

5) углубление знаний о компьютерном моделировании – использование методов моделирования и компьютерных средств при решении прикладных задач.