М етодика преподавыания темы Моделирование и формализация

Под понятием модели понимают некоторое упрощенное подобие реально существующего объекта. Модели могут воспроизводить не все свойства объекта, а только те, которые понадобятся человеку при использовании оригинала. Существуют технические модели – те которые воспроизводят внешний вид и некоторые технические свойства объекта – примером могут служить плавающие модели кораблей, летающие модели самолета или, например, заводной игрушечный автомобиль. Некоторые модели могут отдаленно напоминать моделируе...      Модель объекта не тождественна реальному объекту, она передает только некоторые его свойства и качества. Иногда для решения какой-либо задачи принимаются несколько разных моделей, в зависимости от требуемой точности расчетов. Чем точнее требуются вычисления, тем сложнее должна быть модель.
Раздел Информатика
Класс -
Тип Конспекты
Автор
Дата
Формат doc
Изображения Есть
For-Teacher.ru - все для учителя
Поделитесь с коллегами:

105

Моделирование и формализация

1. Понятие модели и моделирования; различные типы моделей

Под понятием модели понимают некоторое упрощенное подобие реально существующего объекта. Модели могут воспроизводить не все свойства объекта, а только те, которые понадобятся человеку при использовании оригинала. Существуют технические модели - те которые воспроизводят внешний вид и некоторые технические свойства объекта - примером могут служить плавающие модели кораблей, летающие модели самолета или, например, заводной игрушечный автомобиль. Некоторые модели могут отдаленно напоминать моделируемый объект - глобус или портновский манекен. Все перечисленные модели получили название материальных или натурных моделей.

Модель объекта не тождественна реальному объекту, она передает только некоторые его свойства и качества. Иногда для решения какой-либо задачи принимаются несколько разных моделей, в зависимости от требуемой точности расчетов. Чем точнее требуются вычисления, тем сложнее должна быть модель.

Материальные модели - это физическое подобие объекта моделирования, информационная модель - это описание объекта.

Информационные модели могут быть словесные, графические, математические или табличные. Словесная модель описывает объект моделирования на разговорном языке. Графические модели представляют собой чертежи, графики или схемы реальных объектов. В математической модели объект описывается с помощью математических формул, табличные модели представляют собой совокупность данных, расположенных в прямоугольной таблице. В информатике информационное моделирование - это компьютерное моделирование, то есть построение моделей объектов с использованием компьютера. Обычно моделирование применяется для прогнозирования каких-либо изменений в объекте моделирования, компьютерное моделирование позволяет проследить эти изменения в реальном времени.

При построении компьютерной модели сначала проводится системный анализ моделируемого объекта, определяется его состав и порядок взаимодействия всех его частей. Затем строится теоретическая информационная модель, которая реализуется на компьютере с помощью специального программного обеспечения или языков программирования высокого уровня.


2. Этапы информационной технологии ре­шения задач с использованием компьютера

Процесс исследования поведения какого-либо объекта или системы объектов на компьютере можно разбить на следующие этапы:

  • построение содержательной модели

  • построение математической модели

  • построение информационной модели и алгоритма

  • кодирование алгоритма на языке программирования

  • компьютерный эксперимент.

Рассмотрим процесс решения задачи на компьютере на следующем примере: мы изучим полет артиллерийского снаряда. Построим содержательную модель, в которой рассмотрим движение снаряда в поле тяготения Земли. В этой модели рассматриваются только те параметры, которые характеризуют движение снаряда (скорость и координаты), и отвлекаемся от других параметров (температура снаряда, его цвет и т.д.).

Теперь построим математическую модель, которая основана на некоторых упрощениях, и это делает этап построения математической модели весьма ответственным, ведь неправильно выбранная модель приведет к неверным результатам.

Существующая физическая система описывается с помощью упрощенной математической модели. Снаряд является материальной точкой, сопротивлением воздуха, скоростью ветра и размерами пушки пренебрегаем, ускорение свободного падения считаем постоянным g = 9,8 м/с2. Снаряд вылетает из пушки со скоростью V под углом α к горизонту.

Математическая модель описывает объект моделирования с помощью уравнений.

Получим формулы зависимости координат снаряда от времени, учитывая, что по оси Х движение равномерное, а по оси Y - равноускоренное:

х = (V cos α)t,

y=(V sin α)t - gt2/2.

Теперь построим информационную модель и алгоритм. На этом этапе необходимо определить, какие величины являются аргументами, и какие - результатами алгоритма, а также определить тип этих величин. В нашем случае аргументами являются: угол вылета снаряда α, его начальная скорость V и время полета t. Результатом являются координаты Х и Y. Все они являются переменными вещественного типа. Построим алгоритм, который позволяет определять значения результатов при различных значениях аргументов.

Построенный алгоритм записываем в виде блок-схемы:


М етодика преподавыания темы Моделирование и формализация

М етодика преподавыания темы Моделирование и формализация

М етодика преподавыания темы Моделирование и формализация

М етодика преподавыания темы Моделирование и формализация

М етодика преподавыания темы Моделирование и формализация

М етодика преподавыания темы Моделирование и формализация

М етодика преподавыания темы Моделирование и формализация

М етодика преподавыания темы Моделирование и формализация

М етодика преподавыания темы Моделирование и формализация

М етодика преподавыания темы Моделирование и формализация

М етодика преподавыания темы Моделирование и формализация



М етодика преподавыания темы Моделирование и формализация

М етодика преподавыания темы Моделирование и формализация





Закодируем наш алгоритм на языке программирования Бейсик.

10 RЕМ Движение снаряда
20 INPUT V, А, Т
30 LET G = 9.8
40 LET X = V * COS (A)*T
50 LET Y = V * SIN (A) * Т - G*T*T/2
60 PRINT X, Y
70 END

Теперь можно проводить компьютерный эксперимент, для этого необходимо загрузить программу в оперативную память компьютера и запустить на выполнение. Компьютерный эксперимент обязательно включает в себя анализ полученных результатов, на основании которого могут корректироваться все этапы решения задачи (математическая модель, алгоритм, программа).

В некоторых случаях можно избежать этапа построения алгоритма и создания программы, т. к. можно воспользоваться одной из многих ранее созданных программ. Такие библиотеки алгоритмов (программ) существуют практически по всем областям науки и техники.

3. Тренировочные тестовые задания по теме «Моделирование и формализация»

По теме «моделирование» на ЕГЭ по информатике 2006 г. было только одно задание базового уровня с выбором ответа. В будущем возможно, что задание на моделирование может быть усложнено, за счет заданий, реализующих межпредметные связи.


1. Моделирование в информатике - это:

1)

процесс замены реального объекта моделью, которая отражает его существенные признаки, необходимые для достижения поставленной цели;

2)

процесс создания моделей одежды в салоне мод;

3)

процесс поиска нового, неформального решения задачи;

4)

процесс замены реального объекта другим материальным или идеальным объектом, похожим на него внешне;


2.При построении модели необходимо:

1)

выделить все существующие свойства объекта;

2)

описать все существующие свойства объекта;

3)

выделить только те свойства объекта, которые существенны для решения поставленной задачи;

4)

описать расположение и структуру объекта.


3.Информационной моделью объекта называется:

1)

его описание с помощью математических выражений и формул;

2)

чертеж объекта;

3)

модель объекта внешне похожа на объект;

4)

описание объекта на формальном языке.


4. Из перечисленных моделей укажите математическую:

1)

акт о приемке дома;

2)

формула нахождения площади треугольника;

3)

кулинарный рецепт;

4)

программа телепередач


5. Какой из документов представляет собой информационную модель деятельности школы:

1)

план школьного здания и двора;

2)

расписание звонков;

3)

расписание уроков;

4)

Устав школы;


6. Файловая структура операционной системы персонального компьютера наиболее наглядно может быть описана в виде:


1)

табличной модели;

2)

графической модели;

3)

математической модели

4)

иерархической модели;


7. Для чего необходимо компьютерное имитационное моделирование ядерного взрыва:

1)

для получения достоверных данных о влиянии взрыва на здоровье людей;

2)

для экспериментальной проверки влияния высокой температуры и облучения на природные объекты;

3)

для уменьшения стоимости исследований и обеспечения безопасности людей;

4)

для проведения реальных исследований процессов, протекающих в природе в процессе взрыва и после взрыва;

8. Укажите верное утверждение:

1)

Статическая модель системы описывает ее состояние, а динамическая - поведение

2)

Динамическая модель системы описывает ее состояние, а статическая - поведение

3)

Динамическая модель системы всегда представляется в виде формул или графиков

4)

Статическая модель системы всегда представляется в виде формул или графиков






Ответы к тесту по теме: «Моделирование и формализация»


№ задания

Ответ

№ задания

Ответ

1

1

5

3

2

3

6

4

3

1

7

3

4

2

8

1



© 2010-2022