§1.1 Моделирование как метод познания
2.1.1. Модели и моделирование
Человек стремится познать объекты (предметы, процессы, явления) окружающего мира, т. е. понять, как устроен конкретный объект, каковы его структура, основные свойства, законы развития и взаимодействия с другими объектами. Для решения многих практических задач важно знать:
- как изменятся признаки объекта при определённом воздействии на него со стороны других объектов («Что будет, если. »);
- какое надо произвести воздействие на объект, чтобы изменить его признаки в соответствии с новыми требованиями («Как сделать, чтобы. »);
- какое сочетание свойств объекта является наилучшим в заданных условиях («Как сделать лучше?»).
Одним из методов познания объектов окружающего мира является моделирование, состоящее в создании и исследовании упрощённых заменителей реальных объектов. Объект-заменитель принято называть моделью, а исходный объект — прототипом или оригиналом.
К созданию моделей прибегают тогда:
- когда исследуемый объект слишком велик (Солнечная система) или слишком мал (атом),
- когда процесс протекает очень быстро (переработка топлива в двигателе внутреннего сгорания) или очень медленно (геологические процессы),
- когда исследование объекта может оказаться опасным для окружающих (атомный взрыв), привести к разрушению его самого (проверка сейсмических свойств высотного здания) или когда создание реального объекта очень дорого (новое архитектурное решение) и т. д.
Модель не является точной копией объекта-оригинала: она отражает только часть его свойств, отношений и особенностей поведения.
Чем больше признаков объекта отражает модель, тем она полнее. Однако отразить в модели все признаки объекта-оригинала невозможно, а чаще всего и не нужно. Признаки объекта-оригинала, которые должны быть воспроизведены в модели, определяются целью моделирования— назначением будущей модели. Эти признаки называются существенными для данной модели с точки зрения цели моделирования.
Подумайте, какие признаки объекта «театр» будут существенными при создании его модели с точки зрения:
1) строительной компании, занимающейся возведением здания театра;
2) режиссёра, готовящего постановку нового спектакля;
3) кассира, продающего билеты;
4) зрителя, собирающегося посетить представление.
Модель — это новый объект, который отражает существенные с точки зрения цели моделирования признаки изучаемого предмета, процесса или явления.
Моделирование — метод познания, заключающийся в создании и исследовании моделей.
Поскольку любая модель всегда отражает только часть признаков оригинала, можно создавать и использовать разные модели одного и того же объекта. Например: мяч может воспроизвести только одно свойство Земли — её форму, обычный глобус отражает ещё расположение материков, а глобус, входящий в состав действующей модели Солнечной системы, — ещё и траекторию движения Земли вокруг Солнца.
Отразить в модели признаки оригинала можно разными способами.
— Во-первых, признаки можно скопировать, воспроизвести. Такую модель называют натурной (материальной). Примерами натурных моделей являются муляжи и макеты — уменьшенные или увеличенные копии, воспроизводящие внешний вид моделируемого объекта (глобус), его структуру (модель Солнечной системы) или поведение (радиоуправляемая модель автомобиля).
— Во-вторых, признаки оригинала можно описать на одном из языков кодирования информации — дать словесное описание, привести формулу, схему или чертеж и т. д. Такую модель называют информационной. В дальнейшем мы будем рассматривать именно информационные модели.
Информационная модель — описание объекта-оригинала на одном из языков кодирования информации.
1.1.2. Этапы построения информационной модели
Любая модель строится для решения некоторой задачи. Построение информационной модели начинается с анализа условия этой задачи, выраженного на естественном языке.
В результате анализа условия задачи определяется объект моделирования и цель моделирования.
После определения цели моделирования в объекте моделирования выделяются свойства, основные части и связи между ними, существенные с точки зрения именно этой цели. При этом должно быть чётко определено, что дано (какие исходные данные известны, какие данные допустимы) и что требуется найти в решаемой задаче. Также должны быть указаны связи между исходными данными и результатами.
Следующим этапом построения информационной модели является формализация — представление выявленных связей и выделенных существенных признаков объекта моделирования в некоторой форме (словесное описание, таблица, рисунок, схема, чертёж, формула,алгоритм, компьютерная программа и т. д.). Формализация — это замена реального объекта его формальным описанием, т. е. его информационной моделью.
Информационные модели существуют отдельно от объектов моделирования и могут подвергаться обработке независимо от них. Построив информационную модель, человек использует её вместо объекта-оригинала для исследования этого объекта, решения поставленной задачи.
1.1.3. Классификация информационных моделей
Существует множество вариантов классификации информационных моделей. Рассмотрим некоторые из них. Если взять за основу классификации предметную область, то можно выделить:
- физические,
- экологические,
- экономические,
- социологические и другие модели.
В зависимости от учёта фактора времени выделяют:
- динамические (изменяющиеся с течением времени)
- статические (не изменяющиеся с течением времени) модели.
В зависимости от формы представления информации об объекте моделирования различают следующие виды информационных моделей:
- знаковые,
- образные
- смешанные (образно-знаковые).
Знаковые информационные модели строятся с использованием различных естественных и формальных языков (знаковых систем). Знаковая информационная модель может быть представлена в форме текста на естественном языке или программы на языке программирования, в виде формулы и т. д.
Образные информационные модели (рисунки, фотографии и др.) представляют собой зрительные образы объектов, зафиксированные на каком-либо носителе информации.
В смешанных информационных моделях сочетаются образные и знаковые элементы. Примерами смешанных информационных моделей могут служить географические карты, графики, диаграммы и пр. Во всех этих моделях используются одновременно и графические элементы, и знаки.
Источник
Моделирование как метод познания
Урок 1. Информатика 9 класс ФГОС
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока «Моделирование как метод познания»
· Что такое моделирование, модель, прототип?
· С какой целью создаются модели?
· Как строить информационные модели?
Человеческое общество развивается благодаря открытиям, исследованиям, экспериментам. Но не все исследования можно проводить на объекте-оригинале, так как он может быть слишком велик (например Земля) или мал (например атом), или это может быть опасно для окружающих (например химический эксперимент) и так далее. Для изучения каких-либо объектов используется такой метод познания как моделирование. Моделирование – это метод построения моделей, предназначенных для изучения и исследования объектов, процессов или явлений. Таким образом, мы пришли к понятию «модель». Модель – это новый упрощённый объект, который отражает существенные особенности реального объекта, процесса или явления.
Примеры моделей встречаются повсюду. Например скелет человека на уроках биологии, модель автобуса и так далее. Необходимо запомнить: Прототип или оригинал – это исходный объект. Модель не является точной копией объекта-оригинала: она отражает его существенные признаки с точки зрения цели моделирования.
Для того чтобы использовать ту или иную модель, необходимо, чтобы она имела все нужные свойства, отвечающие цели моделирования. Следует заметить, что нельзя отразить в модели все признаки объекта-оригинала. В первую очередь, необходимо обращать внимание с какой целью создаётся та или иная модель. Например, если вид транспортного средства (автобус или автомобиль) создаётся для коллекции, то в модели следует отобразить лишь внешний вид.
От цели моделирования зависят требования к модели: какие именно признаки объекта-оригинала она должна включать в себя. Например, модель дома. Если она создаётся для коллекции, то в ней будет отображаться только общий вид, а если же для того, чтобы на основе этой модели создать реальный объект для проживания, то в ней будет отображено большее количество признаков.
Рассмотрим способы отражения в модели признаков оригинала:
Первый: Копирование и воспроизведение признаков объекта-оригинала. Эта модель называется натурной или материальной. Итак, натурная (материальная) модель – это уменьшенная или увеличенная копия, которая воспроизводит внешний вид объекта моделирования (например манекен), его структуру (например модель молекулы воды) или поведение (например радиоуправляемая модель вертолёта).
Второй: Описание признаков оригинала с помощью одного из языков кодирования информации, то есть можно дать словесное описание, привести формулу, схему или чертеж. Такую модель называют информационной. Таким образом, информационная модель – это описание объекта-оригинала на одном из языков представления (кодирования) информации.
Любая модель создаётся для решения некоторой задачи. Рассмотрим этапы построения информационной модели на примере.
Первый этап. Необходимо проанализировать условие задачи для определения объекта и цели моделирования. Далее необходимо выделить в объекте моделирования свойства, основные части и связи между ними. То есть необходимо выделить основные (существенные) данные: что дано, что требуется найти; и связь между исходными данными и результатами.
Второй этап – Формализация. Формализация – это замена реального объекта его формальным описанием, то есть его информационной моделью. На данном этапе мы должны выразить связи и существенные признаки объекта в какой-либо форме. Например словесное описание, таблица, формула и так далее.
Эти этапы можно выразить в виде схемы. На первом месте будет находиться наш реальный объект. Далее в процессе анализа выделяются его существенные признаки. Затем в процессе формализации строится информационная модель.
Этапы построения информационной модели в виде схемы
Разберёмся более подробно на примере. На уроке математики учительница задала учащимся домашнее задание: решить пять примеров. Каждый пример сложнее предыдущего. На решение первого примера у Миши ушло две минуты. С каждым последующим примером время увеличивалось в два раза. Сколько времени понадобится Мише, чтобы решить все пять примеров?
Итак, давайте построим информационную модель. На первом этапе нам необходимо проанализировать условие задачи, определить объект и цель моделирования. В данной задаче объектом моделирования является процесс решения примеров, а цель: составление формулы для расчёта времени, которое Миша потратит на решение примеров.
С точки зрения цели моделирования, существенной является следующая информация: время решения первого примера – 2 минуты, увеличение по времени решения следующего примера от предыдущего в два раза, количество примеров: 5.
Так как время на решение второго примера в отличие от первого, третьего от второго и так далее увеличивается в два раза, то мы можем сказать, что речь идёт о геометрической прогрессии. Первым членом этой прогрессии является a1 = 2. Знаменатель геометрической прогрессии q = 2 и число членов прогрессии n = 5.
Из курса алгебры известна формула для вычисления суммы n первых членов геометрической прогрессии:
Так как нам неизвестно bn+1, мы можем его расписать по формуле n-ого члена геометрической прогрессии, получим
Данная формула будет являться информационной моделью. Для решения нашей задачи необходимо подставить имеющиеся данные. Получим следующее:
Ответ: для решения пяти примеров по математике Мише понадобится шестьдесят две минуты.
Переходим к классификации информационных моделей.
Существуют следующие признаки классификаций информационных моделей:
1. По области использования;
2. По фактору времени;
3. По отрасли знаний;
4. По форме представлений.
Разберёмся на примерах. Итак, первый признак классификации – по области использования: учебные модели (используются при обучении), игровые (репетиция поведения объекта в различных условиях), имитационные (отражение реальности в той или иной степени) и другие.
Следующий признак – по фактору времени. По данному признаку выделяют статические и динамические модели. Статические модели – это модели, которые описывают состояние системы в определённый момент времени. Динамические модели – это модели, которые описывают процесс изменения и развития системы.
Классификация моделей по отрасли знаний – это классификация по отрасли деятельности человека: математические, биологические, химические и прочие.
К видам информационных моделей по способу представления относятся: образные модели, знаковые модели и смешанные модели. Образные модели – это зрительные образы объектов, которые зафиксированы на каком-либо носителе. Примерами образных моделей являются рисунки в учебниках, фотографии, чертежи и так далее. Знаковые модели – это модели, которые представлены в виде текста, формул или программ на специальном языке программирования. К знаковым моделям относятся словесные описания, формулы в учебниках математики, физики и прочие. Смешанные модели – это модели, в которых одновременно используются образные и знаковые модели. Смешанные модели включают в себя таблицы, графики, диаграммы и так далее.
· Моделирование – это метод построения моделей, предназначенных для изучения и исследования объектов, процессов или явлений.
· Модель – это новый упрощённый объект, который отражает существенные особенности реального объекта, процесса или явления.
· Натурные модели – это реальные предметы, в уменьшенном или увеличенном виде воспроизводящие внешний вид, структуру или поведение моделируемого объекта.
· Информационные модели – это описания объекта-оригинала на одном из языков кодирования информации.
· Формализация – это процесс замены реального объекта его формальным описанием.
· Образные модели – это зрительные образы объектов, которые зафиксированы на каком-либо носителе.
· Знаковые модели – это модели, которые представлены в виде текста, формул или программ на специальном языке программирования.
· Смешанные модели – это модели, в которых одновременно используются образные и знаковые модели.
Источник
