Методическая разработка по информатике на тему:Моделирование и формализация

Методическая разработка
по информатике на тему:
«Моделирование и формализация»

Выполнил: Джабраилова Э.Т.
учитель информатики
МКОУ «Магарамкентская СОШ №1
им.М.Гаджиева»
Современные информационные технологии и стремительное расширение разнообразия сетевых образовательных услуг вызвало поток инноваций по реорганизации существующих образовательных систем всех уровней образования - от школы до вуза. Как следствие, меняется характер и динамика взаимодействия обучающийся - преподаватель. Это существенным образом влияет на выбор методов, форм и технологий обучения.
Компьютерное обучение с использованием информационных ресурсов, хранящихся в Интернет и Интранет, является катализатором в становлении новой, прогрессивной теории преподавания и учения, ориентированной на развитие личности учащегося, способного реализовывать свои собственные, в том числе, и образовательные проекты и стремящегося к самоусовершенствованию на протяжении всей жизни.
Новые механизмы передачи информации оказали существенное влияние на средства, методы и формы обучения. Как следствие, возникает острая необходимость в анализе особенностей применения закономерностей общей теории обучения - дидактики, в условиях технологии компьютерного обучения и распределенных в пространстве и времени процессов сетевого обучения.
Функции преподавателя и обучающихся в образовательной информационной среде претерпевают коренные изменения по сравнению с традиционной учебной средой. В учебных средах с использованием ИКТ учащийся работает в собственном темпе и без постоянного непосредственного контакта с преподавателем; преподаватель из основного носителя и транслятора знаний превращается в советника и консультанта учащегося. Преподаватель управляет процессом обучения, имея в своем распоряжении мощный инструмент - компьютер с его возможностями доставки, хранения, обработки всех видов информации для демонстрации учебной информации, тренировки и самоконтроля. Учащийся, в свою очередь, получает мощное технологическое средство поддержки самостоятельного интеллектуального труда и доступа к информационной среде, не ограниченного пространством и способом передачи. Учащемуся становятся доступными знания о содержании и методе обучения, которые до сих пор были прерогативой преподавателя.
Отличительная черта современного этапа - поиск педагогами-исследователями способов применения формальных методов для описания процесса обучения с использованием аппаратов системного анализа, кибернетики, синергетики, с учетом, развитием и расширением понятий, принципов и достижений дидактики.
Данная тема на современном этапе самая актуальная, так как она тесно связана с фундаментальными исследованиями в природе и обществе. Моделирование составляет основу в разработке таких систем как геоинформационные системы, семантические сети, электронный документооборот и т.д.
ГИС широко используются в деловой сфере- в бизнесе, городских службах, картографии. С их помощью можно обрабатывать результаты измерений различных физико-химических параметров земной поверхности.
Особым классом ИС можно считать «семантические» или «интеллектуальные» информационные системы, которые предназначены для поиска, анализа, отображения и обобщения информации с использованием всевозможных связей между данными.
Наряду с содержательной линией «Информация. Информационные процессы» линия «Моделирование и формализация» становятся теоретической основой базового курса информатики. Содержание этой линии определено следующим перечнем понятий: моделирование, формализация, материальные и информационные модели, система, системный анализ, системный эффект.
В обязательном минимуме содержания образования по курсу информатики включены следующие вопросы:
Информационное моделирование как метод познания;
Объект, субъект, цель моделирования;
Алгоритм как модель деятельности;
Моделирование социальных вопросов;
Основные модели современного научного мировоззрения.
Требования к уровню подготовки учеников следующие:
Учащиеся должны:
знать понятие «модель» в ее важнейших для компьютерной практики видах: информационной и математической;
знать понятия «система», «черный ящик»;
знать этапы решения задач с помощью компьютера;
уметь приводить примеры моделирования;
уметь приводить примеры формализованного описания объектов и процессов
уметь анализировать соответствие модели исходной задаче.
В методической газете для учителей информатики «Информатика»(№2,2005г.) предлагается статья «Формализация описания реальных объектов и процессов в том числе компьютерного», автором которого является А.Г. Гейн. В ней раскрыты понятия формализация, формализованный язык, моделирование, виды моделей, интерпретация, системный подход, орграф, черный ящик. Приведена классификация целей моделирования:
Модель нужна для того, чтобы понять, как устроен объект, какова его структура, каковы его свойства, законы развития и функционирования, какого его взаимодействие с окружающим миром.
Модель нужна, чтобы определить наилучшие способы управления объектом или процессом.
Модель нужна, чтобы прогнозировать прямые и косвенные последствия функционирования или развития объекта, процесса или явления.
Учебник Н. Суворовой «Информационное моделирование: величины, объекты, алгоритмы» также посвящается одной из важнейших тем современной информатики- переходу от реальной задачи к информационной модели. Характер изложения теоретического материала и системы заданий, предлагаемых в пособии акцентирует внимание читателя на объектном подходе к информационному моделированию, при котором любая предметная область рассматривается как совокупность взаимодействующих объектов.
В учебнике А. Г. Гейна «Информатика» 7-9 класс понятие «модель» является центральным. Это понятие как стержень связывает содержание всего курса в единое целое. Разговор с учениками по данной теме можно вести в форме беседы.
Вопросы изучаемые в учебнике И.Г. Семакина «Информатика» 10-11 класс, на которой опиралась я при составлении методической разработки, относятся к четырем важнейшим понятиям информатики:
Информационные ресурсы;
Информационные системы;
Информационные модели;
Информационное общество.
Урок
Моделирование и формализация.
(Слайд 1)
Общеобразовательная цель:
Иметь представление о способах моделирования и формализации;
Освоить этапы моделирования;
Научиться описывать окружающую действительность с помощью различных информационных объектов.
Развивающая цель:
Овладеть навыками представления объектов окружающей действительности в виде системы или элементов системы.
Воспитывающая цель:
Формировать и развивать информационное видение окружающего мира;
Формировать эмоционально-ценностное отношение к результатам интеллектуального труда.
Оборудование:
Компьютер, интерактивная доска.
Ход урока.
(Слайд 2)
- В самых разнообразных ситуациях человек использует вместо одного объекта другой. Это упрощенное подобие реального объекта называется моделью. Например, оформители витрин используют манекен- модель человеческой фигуры; конструкторы строят модели самолетов и автомобилей, а архитекторы- макеты зданий, мостов и т.д.
- Моделирующий объект остается моделью до тех пор, пока он используется в качестве «заместителя» другого объекта. Например, манекен, которым подпирают дверь, уже не выполняет свою моделирующую роль.
Модель не является точной копией объекта-оригинала: она отражает только часть его свойств и особенностей поведения. Например, макет дома может быть без электропроводки и водопровода.
- Поскольку любая модель всегда отражает только часть свойств предмета, то можно создавать и использовать разные модели одного и того же объекта. Чем больше свойств отражает модель тем она полнее. При создании модели человек как правило преследует вполне определенную цель и стремится наиболее полно отразить только те свойства объекта, которые кажутся ему важными для реализации цели.
- Моделирование-это процесс создания и использования модели. От цели моделирования зависят требования к модели. Отразить в модели свойства оригинала можно одним из двух способов:
(Слайд 3)
Свойство можно скопировать, воспроизвести. Тогда модель будет нести ту же образную информацию, что и объект-оригинал. Такую модель называют натурной(образной). Примерами натурных моделей могут быть муляжи, макеты, фотография-при условии что на них отсутствует надписи.
(Слайд 4)
В компьютерных технологиях широко используются информационные модели. В информационной модели предмет или явление заменяется набором его характеристик. В такой модели обязательно должны присутствовать и имена и значения характеристик (величины). Макет или рисунок вместе с таким пояснением уже становится информационной моделью.
Они создаются не только для использования на компьютерах. Картотеки в поликлиниках, библиотечные каталоги и многие другие информационные модели создавались человеком задолго до «компьютерной эры».
- Использование компьютера предъявляет более жесткие требования к знаковым элементам информационных моделей, которые должны иметь очень высокий уровень формализации.
В естественных языках одно и то же слово часто используется для обозначения различных предметов, величин, действий, отношений. При создании компьютерных моделей сначала составляют предварительные модели. В них еще используют слова естественного языка, но стремятся обеспечить боле высокий уровень формализации.
Замена объекта его информационной моделью называют формализацией.
(Слайд 5)
- Различают информационные модели двух видов:
Модели объектов и процессов;
Модели знаний.
Для описания объектов и процессов используются модели- графические, вербальные, математические и таблицы.
(Слайд 6)
- Графические модели включают в себя графы, чертежи, схемы, карты, графики функций.
(Слайд 7)
-Графы реализуются в сетевых и иерархических базах данных.
(Слайд 8)
- Вербальные модели описывают объект на естественном языке. Например, зима-холодное время года. Зимние месяцы- декабрь, январь, февраль. Зимой дни становятся короче, а ночи длиннее.
(Слайд 9)
-Различают таблицы тип «объект-свойство», «объект-объект», двоичная матрица.
(Слайд 10)
-В математической модели производится математическое соотношение между количественными характеристиками объекта моделирования.
(Слайд11)
- Способность ЭВМ проводить осмысленные рассуждения является одной из наиболее удивительных способностей. Для этого человек должен предварительно сообщить машине факты и необходимые правила вывода умозаключений. После этого машине можно задавать вопросы, на которые он будет давать осмысленные ответы. Одним из перспективных применений ЭВМ в этом направлении в ближайшем будущем станет создание базы знаний основанных на моделях знаний.
База знаний-это совокупность определенным образом организованной информации, которую можно не только накапливать и искать, но и получать от машины осмысленные заключения и рекомендации.
Основой для этого является хранение в машине не только фактической информации, но и правил вывода следствий из имеющихся фактов, которых в базе отсутствуют.
Различают три вида моделей знаний:
Продукционные модели;
Семантические сети;
Логическая модель.
(Слайд 12)
- Продукционная модель построена на правиле в форме: если выполняется некоторое условие, то выполняется некоторое действие.
Семантическая сеть представляет собой система понятий и отношений, показанная в форме ориентированного графа.
(Слайд 13)
- Логическая модель представляет собой совокупность утверждений состоящая из фактов и правил. Логические модели применяются в языке логического программирования Пролог, созданного в начале 70-х годов.
Задания: (Слайд 14-15)
Представление существенных свойств и признаков объекта моделирования в выбранной форме называется-:
моделированием
формализацией
систематизацией
Вербальной моделью является:
правила дорожного движения
модель автомобиля
формула закона всемирного тяготения
Надсистемой системы «класс» является:
«школа»
«школьная доска»
«директор»
Между населенными пунктами А, В, С, D, Е построены
дороги, протяженность которых (в км) приведена
в таблице.
A B C D E
A 2 5 1 B 2 1 C 5 1 3 2
D 1 3 E 2 Определите длину кратчайшего пути между пунктами А и Е.
1) 4 2) 5 3) 6 4) 7
Литература:
«Информатика» 10-11 класс, И.Г. Семакина
«Основы информатики и ВТ» 10-11класс, В.А. Каймин
«Информационное моделирование: величины, объекты, алгоритмы», Н. Суворова.