Nazad naprijed
Pažnja! Pregledi slajdova služe samo u informativne svrhe i možda ne predstavljaju sve opcije prezentacije. Ako ste zainteresovani za ovaj rad, preuzmite punu verziju.
Ciljevi:
- formirati kod učenika pojam modeliranja kao metode spoznaje;
- razmotriti različite klasifikacije modela;
- formirati kod učenika pojam "model", "modeliranje", "svrha modeliranja", "formalizacija";
- naučiti učenike da opisuju informacione modele.
Uslovi za znanje i veštine:
- Učenici treba da znaju:
- osnovni pojmovi "model", "modeliranje", "formalizacija", "informacioni model";
- vrste modela, njihova klasifikacija.
- Učenici treba da budu u stanju da:
- dati primjere različitih modela;
- klasificirati modele prema različitim karakteristikama;
- pronaći bitne karakteristike objekta u zavisnosti od svrhe modeliranja.
Didaktički softver za lekciju: projektor za prikazivanje prezentacije, skup različitih modela (informacije raznih vrsta, materijal; više modela jednog predmeta; modeli koje su izradili učenici); prezentacija za lekciju "Klasifikacija modela" ( Prezentacija ), ukrštenica izvedena u programu Hot Potatoes 6 ( Dodatak 2 )
TOKOM NASTAVE
I. Postavljanje ciljeva časa
1. Električni automobil na izložbenom štandu, televizijska ljepotica koja reklamira raznu robu, maketa zgrade, dječje mekane igračke, matematička formula, teorija društvenog razvoja - sve su to modeli. Kako jednom riječju nazvati tako različite koncepte?
2. Postoji ogroman broj modela. Kako ih rasporediti "po policama"? Kako klasifikovati?
3. Najpotpuniji odraz bitnih svojstava objekta moguć je uz pomoć informacionog modela. Kako ga izgraditi?
4. Koliki je stepen neophodnosti upotrebe formalizacije prilikom opisivanja informacionih modela?
II. Prezentacija novog materijala
1. Uvođenje koncepta "modela"
Čovjek u svojim aktivnostima vrlo često koristi modele, odnosno stvara sliku o tom objektu, pojavi ili procesu s kojim mora raditi (da se bavi).
Model Je vrsta novog pojednostavljenog objekta koji odražava bitne karakteristike stvarnog objekta, procesa ili pojave.
Analiza modela i njegovo promatranje omogućavaju vam da saznate suštinu stvarnog, složenijeg objekta, procesa, fenomena, koji se naziva prototip ili original.
Može se postaviti pitanje: zašto ne istražiti sam original i ne napraviti njegov model?
Navedimo nekoliko razloga (ciljeva) zbog kojih pribjegavaju izgradnji modela. ( Učenike treba ohrabriti da daju primjere.)
1. Sačuvaj
i predati
podatke o posmatranom objektu (foto reportaža, crtež, mapa područja itd.)
2. Pokaži
kako će izgledati objekat koji još ne postoji (auto, itd.).
3. Istražiti
ili iskustvo
na modelu, rad budućeg proizvoda, ako je testiranje originalnog objekta skupo, opasno ili nemoguće (medicina, avijacija, svemir itd.)
4. U realnom vremenu original možda više ne postoji ili ne postoji u stvarnosti (teorija izumiranja dinosaurusa, teorija smrti Atlantide, model "Nuklearne zime"...)
5. Original može imati mnogo svojstava i odnosa. Da bi se neko specifično svojstvo dublje proučilo, ponekad je korisno napustiti manje bitna, ne uzimajući ih uopće u obzir (karta područja, modeli živih organizama...)
6. Original je ili jako velik ili vrlo mali (globus, model Sunčevog sistema, model atoma...)
7. Proces teče vrlo brzo ili vrlo sporo (model motora sa unutrašnjim sagorevanjem, geološki modeli)
Modeliranje Je proces konstruisanja modela za proučavanje i proučavanje objekata, procesa, pojava.
Šta se može simulirati? (Neka učenici pokušaju sami odgovoriti na ovo pitanje.)
Možete modelirati:
1. Objekti.
Evo nekoliko primjera objektnih modela:
- kopije arhitektonskih objekata;
- kopije umjetničkih djela;
- vizualna pomagala;
- model atoma vodika ili solarnog sistema;
- globus;
- model koji pokazuje odjeću;
- Dječje igračke;
- itd.
2. Fenomeni
Primjeri modela fenomena:
- modeli fizičkih pojava: pražnjenje groma, magnetne i električne sile...;
- geofizički modeli: model muljnog toka, model potresa, model klizišta...
3. Procesi
Primjeri modela procesa:
- model razvoja svemira;
- modeli ekonomskih procesa;
- modeli ekoloških procesa...
4. Ponašanje
Kada osoba izvrši bilo koju radnju, obično joj prethodi pojava modela budućeg ponašanja. Bilo da će graditi kuću ili rješavati problem, preći ulicu ili krenuti u planinarenje – on to svakako prvo u mislima zamisli. To je glavna razlika između čovjeka koji razmišlja i svih ostalih živih bića na zemlji.
Jedan te isti predmet u različitim situacijama, u različitim naukama, može se opisati različitim modelima. Na primjer, razmotrite objekt "osoba" sa stanovišta različitih nauka:
- u mehanici, osoba je materijalna tačka;
- u hemiji, to je predmet koji se sastoji od raznih hemikalija;
- u biologiji, to je sistem koji teži samoodržanju;
- itd.
S druge strane, jednim modelom se mogu opisati različiti objekti. Na primjer, u mehanici se razni materijalni objekti od zrna pijeska do planete smatraju materijalnim tačkama.
Dakle, uopće nije važno koji su objekti odabrani kao simulatori. Važno je samo da je uz njihovu pomoć moguće odraziti najbitnije karakteristike proučavanog predmeta, pojave ili procesa. Modeliranje je metoda naučnog saznanja objektivnog svijeta korištenjem modela.
2. Klasifikacija modela
Dakle, kao što smo upravo vidjeli, postoji mnogo objekata za modeliranje. A da bismo se kretali u njihovoj raznolikosti, potrebno je sve to klasificirati, odnosno na neki način poređati, sistematizirati.
Prilikom razvrstavanja objekata prema "srodnim" grupama, potrebno je pravilno odabrati određeni pojedinačni atribut (parametar, a zatim kombinovati one objekte za koje se poklapa). Razmotrimo najčešće karakteristike po kojima se modeli mogu klasificirati. ( Uz prikaz prezentacije, sa detaljnom analizom primjera datih u njoj).
I. Uzimajući u obzir faktor vremena:
- dinamičan;
- statički.
II. Po oblasti upotrebe:
- obrazovni;
- iskusan;
- igranje igara;
- naučni i tehnički;
- imitacija.
III. Po oblasti stručnosti:
- matematički;
- hemijski;
- fizički;
- geografski;
- itd.
IV. Po načinu implementacije:
- kompjuter;
- ne-kompjuterski.
V. Načinom prezentacije:
- materijal;
- informacije
- verbalni;
- grafički;
- matematički;
- tabelarni;
- poseban.
Proces izgradnje informacionih modela koristeći formalne jezike (matematički, logički, itd.) naziva se FORMALIZACIJA
Potpuna definicija formalizacije je redukcija (svođenje) bitnih svojstava i karakteristika objekta modeliranja na odabrani oblik.
Oblici prezentacije informacionog modela mogu biti: verbalni opis, tabela, dijagram, crtež, formula, algoritam, kompjuterski program itd.
III. Konsolidacija položenog.
Za konsolidaciju materijala predlaže se mali zadatak:
1 zadatak - od 10 pitanja se računa za oko 15 minuta. Dozvoljeno je korištenje prezentacije, rad za računarom. Odgovore popunite u svesku ili na posebnom listu prema predloženom uzorku ( Aneks 1 ))
2 zadatak - rješavanje ukrštenice na računaru nudi se učenicima ako su 1 zadatak obavili prije roka i položili ga. Nivo učenika je različit, a kako ne bi gubili vrijeme, jači učenici mogu sami krenuti u rješavanje ukrštenice. Ovaj zadatak se zatim, nakon što svi ostali učenici polože testove, provjerava i izvršava zajedno sa ostalima. Prije zajedničke provjere potrebno je proći i pogledati stepen rješavanja, u slučaju da je riješeno više od 85% ukrštenice, nagradite ocjenom. Da biste provjerili, možete izgovoriti sve opcije odgovora ili demonstrirati popunjenu ukrštenicu kroz projektor. ( Dodatak 2 )
Ukrštenica na temu "Modeliranje"
Horizontalno:
2. Opći naziv modela, koji su zbirka korisnih i potrebnih informacija o objektu (informativni)
3. Opšti naziv modela koji reproducira izgled, strukturu modeliranog objekta (materijala)
5. Opis modela koristeći formalni jezik (formalizacija)
6. Modeli koji vam omogućavaju da vidite promjenu objekta tokom vremena (dinamički)
8. Modeli ovog tipa imitiraju stvarnost sa različitim stepenom tačnosti (imitacija)
9. Primjer prvog grafičkog modela (slika)
10. Informacijski model, koji se sastoji od redova i kolona (tabela)
11. Alat za kompjutersko modeliranje (kompjuter)
12. Grafički objekat koji se sastoji od vrhova povezanih linijama (graf)
14. Umanjene ili uvećane kopije projektovanog objekta. Ovi modeli se koriste za proučavanje objekta i predviđanje njegovih budućih karakteristika (eksperimentalno)
15. Vještački stvoren objekat koji reproducira strukturu i svojstva istraženog objekta (modela)
okomito:
1. Izgradnja modela za proučavanje i proučavanje objekata, procesa, pojava (modeliranje)
4. Ovi modeli predstavljaju jednokratni dio informacija o objektu (statičan)
7. Ovi modeli predstavljaju opise na prirodnim jezicima u mentalnom ili govornom obliku (verbalno)
13. Primjer potpisanog matematičkog modela (formula)
IV. Rezimirajući
Provjera znanja učenika. Diskusija o proučavanoj temi. Zadaća.
književnost:
1. Makarova N.V. Informatika i IKT. Udžbenik za 8-9 razred. - SPb.: Petar, 2008.-- 160-te: Il.
2. Sokolova O.L. Univerzalni tutorijali iz informatike. 10. razred. M.: VAKO, 2006.-- 400 str.
Model je opšti naučni koncept koji označava i idealan i fizički objekt analize. Važna klasa idealnih modela je matematički model – u njemu se pojava ili proces koji se proučava predstavlja u obliku apstraktnih objekata ili najopštijih matematičkih zakona koji izražavaju ili zakone prirode, ili unutrašnja svojstva samih matematičkih objekata, ili pravila logičkog zaključivanja.
Granice između modela različitih tipova ili klasa, kao i pripisivanje modela određenom tipu ili klasi, najčešće su proizvoljne. Razmotrite najčešće znakove po kojima se modeli klasificiraju:
· Svrha upotrebe;
- oblast znanja;
- faktor vremena;
- način prezentacije.
Modeli se razlikuju po namjeni upotrebe obrazovne, eksperimentalne, simulacijske, igrice, naučne i tehničke.
Modeli se razlikuju po području znanja biološki, ekonomski, istorijski, sociološki itd.
Modeli su podijeljeni po faktoru vremena dinamičan i statički... Statički model odražava strukturu i parametre objekta, stoga se naziva i strukturalni... Opisuje objekat u određenom trenutku, daje dio informacija o njemu. Dinamički model odražava proces funkcionisanja objekta ili promjene i razvoj procesa na vrijeme.
Svaki model ima specifičan izgled, oblik ili način prezentacije, ona uvek od nečega i nekako napravljeno ili predstavljeno i opisano. U ovoj klasi, prije svega, modeli se smatraju materijalnim i nematerijalnim.
Modeli materijala Jesu li materijalne kopije objekata koji se modeliraju.
Oni uvijek imaju stvarno oličenje, reprodukuju vanjska svojstva ili unutrašnju strukturu, ili radnje originalnog objekta. Primjeri: globus je model oblika globusa, lutka je model izgleda osobe, robot je model ljudskog djelovanja u opasnoj proizvodnji. Modeliranje materijala koristi eksperimentalnu (empirijsku) metodu spoznaje.
Nematerijalno modeliranje koristi teorijsku metodu spoznaje. Zovu to drugačije, apstraktno, idealan... Apstraktni modeli se, pak, dijele na imaginarne i informativne.
Informacijski model Je zbirka informacija o objektu koja opisuje svojstva i stanje objekta, procesa ili pojave, kao i veze i odnose sa vanjskim svijetom.
Informacioni modeli predstavljaju objekte u obliku verbalnih opisa, tekstova, slika, tabela, dijagrama, crteža, formula itd. Informacijski model se ne može dirati, on nema materijalno oličenje, zasnovan je samo na informacijama. Može se izraziti jezikom opisa (znakovni model) ili jezikom prezentacije (vizuelni model).
Jedan te isti model istovremeno se odnosi na različite klase podjela. Na primjer, programi imitirajući kretanje tijela (automobil, projektil, klatno, lift, itd.). Ovakvi programi se koriste u nastavi fizike ( polje znanja) sa ciljevima učenja ( svrha upotrebe). Istovremeno jesu dinamičan, budući da uzimaju u obzir položaj tijela u različitim vremenskim trenucima, i algoritamski načinom implementacije.
Razmotrimo detaljnije klasu informacionih modela sa stanovišta načina predstavljanja informacija. Oblik prezentacije informacionog modela zavisi od metode kodiranja (abecede) i materijalnog medija.
Imaginarno(mentalno ili intuitivno) modeliranje je mentalna reprezentacija objekta. Takvi se modeli formiraju u mašti osobe i prate njegovu svjesnu aktivnost. One uvijek prethode stvaranju materijalnog objekta, materijalnog i informacionog modela, kao jedna od faza kreativnog procesa. Na primjer, muzička tema u mozgu kompozitora je intuitivni model muzičkog djela.
Verbalno modeliranje (odnosi se na znak) predstavlja predstavljanje informacionog modela pomoću prirodnog govornog jezika (fonema). Mentalni model, izražen u kolokvijalnom obliku, naziva se verbalni (od latinske riječi verbalize - usmeni). Oblik prezentacije takvog modela je usmena ili pismena komunikacija. Primjeri su književna djela, informacije u udžbenicima i rječnicima, upute za korištenje uređaja, prometna pravila.
Vizuelno (izraženo u jeziku prezentacije) modeliranje Je izraz svojstava originala uz pomoć slika. Na primjer, crteži, umjetnička platna, fotografije, filmovi. U naučnom modeliranju koncepti su često kodirani crtežima - iconic modeliranje. Ovo takođe uključuje geometrijski modeli - informacioni modeli predstavljeni pomoću grafike.
Figurativno znak modeliranje koristi simboličke slike neke vrste: dijagrame, grafikone, crteže, grafikone, planove, karte (vidi sliku 3). Na primjer, geografska karta, plan stana, porodično stablo, blok dijagram algoritma. Ova grupa uključuje strukturalne informacijske modele kreirane da vizualiziraju komponente i odnose objekata. Najjednostavnije i najčešće informacione strukture su tabele, dijagrami, grafikoni, blok dijagrami, stabla.
Potpisano (simbolično izraženo na jeziku opisa) modeliranje (slika 4) koristi abecede formalnih jezika: konvencionalne znakove, specijalne znakove, slova, brojeve i daje skup pravila za rad sa ovim znakovima. Primeri: sistemi posebnih jezika, fizičke ili hemijske formule, matematički izrazi i formule, notni zapisi itd. Program napisan prema pravilima programskog jezika je model znaka.
Jedan od najčešćih formalnih jezika je jezik algebarskih formula u matematici, što vam omogućava da opišete funkcionalne odnose između veličina. Izrada matematičkog modela u mnogim problemima modeliranja, iako srednja, ali vrlo bitna faza.
Matematički model- način predstavljanja informacionog modela, koji odražava odnos različitih parametara objekta kroz matematičke formule i koncepte.
U slučajevima kada je modeliranje fokusirano na proučavanje modela pomoću računara, jedna od njegovih faza je razvoj kompjuterski model.
Model kompjutera- ovo je virtualna slika stvorena na račun računalnih resursa, kvalitativno i kvantitativno odražavajući unutarnja svojstva i veze modeliranog objekta, ponekad prenoseći njegove vanjske karakteristike.
Računalni model je materijalni model koji reproducira izgled, strukturu ili djelovanje modeliranog objekta pomoću elektromagnetnih signala. Razvoju kompjuterskog modela prethode mentalni, verbalni, strukturni, matematički i algoritamski modeli.
Znakovi klasifikacije modela:
1) - po području upotrebe;
2) - faktorom vremena;
3) - po grani znanja;
4) - prema obliku prezentacije.
1) Klasifikacija modela prema području upotrebe:
Instrukcijski modeli- koristi se u obuci. To mogu biti vizualna pomagala, razni simulatori, programi obuke.
Experienced Models- to su umanjene ili uvećane kopije projektovanog objekta. Koristi se za istraživanje i predviđanje njegovog budućeg učinka.
Na primjer, model broda se ispituje u bazenu kako bi se proučila stabilnost broda tokom kotrljanja, model automobila se "duva" u aerotunelu kako bi se proučavala aerodinamičnost karoserije, model automobila struktura se koristi za vezivanje zgrade za određeno područje itd.
Naučno-tehnički modeli - stvoreni su za proučavanje procesa i pojava. Ovi modeli uključuju, na primjer, uređaj za primanje električnog pražnjenja munje ili stalak za testiranje televizora.
Model igrei - to su vojne, ekonomske, sportske, poslovne igre. Ovi modeli, takoreći, uvježbavaju ponašanje objekta u različitim situacijama, odigravajući ih uzimajući u obzir moguću reakciju konkurenta, saveznika ili protivnika. Uz pomoć modela igre možete pružiti psihološku pomoć pacijentima, riješiti konfliktne situacije.
Simulacijski modeli ne odražavaju lako stvarnost sa različitim stepenom tačnosti, već je oponašaju. Eksperimenti sa modelima se izvode sa različitim početnim podacima. Na osnovu rezultata studije donose se zaključci. Ova metoda pronalaženja pravog rješenja naziva se pokušaj i greška. Na primjer, da bi se identificirali nuspojave lijekova, oni se testiraju u nizu eksperimenata na životinjama.
2) Klasifikacija modela prema faktoru vremena:
Statički- modeli koji opisuju stanje sistema u određenom trenutku (jednokratni rez informacija o datom objektu). Na primjer, pregled studenata u stomatološkoj ambulanti daje stanje njihovih zuba u datom trenutku: odnos mlijeka i trajnih, prisustvo plombi, defekta itd.
Dynamic- modeli koji opisuju procese promjene i razvoja sistema (promjene objekta tokom vremena). Primjeri: opis kretanja tijela, razvoja organizama, procesa hemijskih reakcija.
Prilikom izgradnje kuće izračunava se čvrstoća njenog temelja, zidova, greda i njihova otpornost na konstantno opterećenje. Ovo je statički model zgrade. Ali potrebno je obezbijediti i otpornost na vjetrove, kretanje podzemnih voda, seizmičke vibracije i druge faktore koji se vremenom mijenjaju. Ova pitanja se mogu riješiti korištenjem dinamičkih modela.
Dakle, jedan te isti objekat može biti okarakterisan i statičkim i dinamičkim modelom.
3) Klasifikacija modela prema industriji
Ovo je klasifikacija prema grani ljudske aktivnosti: matematička, biološka, hemijska, društvena, ekonomska, istorijska itd.
4) Klasifikacija modela prema obliku prezentacije:
Svi modeli se mogu podijeliti u dvije velike klase: predmetni (materijalni) modeli i informacioni modeli.
Materijal(predmetni) modeli uvijek imaju pravo oličenje. Oni odražavaju spoljašnje svojstvo i unutrašnju strukturu originalnih objekata, suštinu procesa i pojava originalnog objekta. To je eksperimentalna metoda za učenje o okolini.
U procesu učenja široko se koriste sljedeći modeli: globus (geografija), lutke (biologija), modeli kristalnih rešetki (hemija) itd.
Primjeri: dječje igračke, ljudski skelet, plišane životinje, model solarnog sistema, školski priručnici, fizički i kemijski eksperimenti.
Informacijski modeli - namjerno odabrane informacije o objektu, koje odražavaju svojstva ovog objekta najbitnija za istraživača.
Po stepenu formalizacije informacioni modeli su figurativno znak i iconic.
Upečatljiv primjer figurativno-simboličkog modela je geografska karta. Boja i oblik kontinenata, okeana, planina prikazanih na karti odmah povezuje maštovito razmišljanje. Reljef možete odmah procijeniti po boji na karti. Na primjer, osoba povezuje vodu s plavom bojom, cvjetnu livadu i ravnicu sa zelenim. Mapa je prepuna legendi. Poznavajući ovaj jezik, osoba može dobiti pouzdane informacije o predmetu interesovanja. Informacijski model u ovom slučaju bit će rezultat poimanja informacija dobivenih uz pomoć osjetila i informacija kodiranih u obliku konvencionalnih slika.
Isto se može reći i za slikanje. Neiskusni gledatelj će sliku percipirati svojom dušom u obliku figurativnog modela. Ali postoje neki umjetnički jezici koji odgovaraju različitim slikarskim žanrovima i školama: kombinacija boja, priroda poteza kista, načini prenošenja zraka, volumen, itd. Čovjeku koji poznaje ove konvencije lakše je razumjeti šta umjetnik je imao na umu, pogotovo ako se djelo ne odnosi na realizam. U ovom slučaju, opća percepcija slike (informacijski model) bit će rezultat razumijevanja informacija kako u figurativnom tako iu simboličkom obliku.
Još jedan primjer takvog modela je fotografija. Kamera vam omogućava da dobijete sliku originala. Obično nam fotografija daje prilično tačnu predstavu o izgledu osobe. Postoje neki znakovi (visina čela, položaj očiju, oblik brade), po kojima stručnjaci mogu odrediti karakter osobe, njegovu sklonost određenim radnjama. Ovaj poseban jezik formiran je od informacija akumuliranih u polju fizionomije i ličnog iskustva. Učeni doktori, gledajući fotografiju stranca, videće znakove određenih bolesti. Postavljajući različite ciljeve, iz iste fotografije mogu se dobiti različiti informacioni modeli. Oni će biti rezultat obrade figurativnih informacija dobijenih gledanjem fotografije, te informacija formiranih na osnovu poznavanja posebnog stručnog jezika.
Prema obliku predstavljanja figurativno-simboličkih modela, među njima se mogu razlikovati sljedeće grupe:
Geometrijski modeli koji odražavaju izgled originala (crtež, piktogram, crtež, plan, mapa, volumetrijska slika);
Strukturni modeli koji odražavaju strukturu objekata i odnos njihovih parametara (tabela, grafikon, dijagram, dijagram);
Verbalni modeli fiksirani (opisani) prirodnim jezikom;
Algoritamski modeli koji opisuju slijed radnji.
Ikonični modeli se mogu podijeliti u sljedeće grupe:
Matematički modeli predstavljeni matematičkim formulama koje odražavaju odnos između različitih parametara objekta, sistema ili procesa;
Posebni modeli predstavljeni na posebnim jezicima (napomene, hemijske formule, itd.);
Algoritamski modeli koji predstavljaju proces kao program napisan na posebnom jeziku.
Oblici prezentacije modela. Formalizacija
Materijalni modeli i informacioni modeli.
Svi modeli se mogu podijeliti u dvije velike klase: modeli predmet (materijal) i modeli informacije... Modeli objekata reprodukuju geometrijska, fizička i druga svojstva objekata u materijalnom obliku (globus, anatomske lutke, modeli kristalnih rešetki, modeli zgrada i konstrukcija itd.).
Informacijski modeli predstavljaju objekte i procese u figurativno ili ikonični oblik.
Figurativni modeli (crteži, fotografije i sl.) su vizuelne slike objekata snimljenih na bilo kom mediju (papir, fotografija i film, itd.). Figurativni informacioni modeli se široko koriste u obrazovanju (sjetite se edukativnih postera o raznim predmetima) i naukama, gdje objekte treba klasificirati prema njihovim vanjskim karakteristikama (u botanici, biologiji, paleontologiji itd.).
Potpisani informacioni modeli se grade koristeći različite jezike (sistemi znakova). Model informacija o znaku može se predstaviti u obliku teksta (na primjer, program u programskom jeziku), formule (na primjer, Newtonov drugi zakon F = m × a), tablice (na primjer, periodni sistem elementi DI Mendeljejeva) i tako dalje.
Ponekad, kada se gradi informacioni model znakova, istovremeno se koristi nekoliko različitih jezika. Primjeri takvih modela su geografske karte, grafikoni, dijagrami itd. U svim ovim modelima istovremeno se koriste i jezik grafičkih elemenata i simbolički jezik.
Čovječanstvo je kroz svoju historiju koristilo različite metode i alate za kreiranje informacionih modela. Ove metode su stalno unapređivane. Dakle, prvi informacioni modeli su stvoreni u obliku kamenih slika, ali sada se informacioni modeli obično grade i proučavaju pomoću modernih kompjuterskih tehnologija.
Za stvaranje se koriste prirodni jezici deskriptivni informacioni modeli... U istoriji nauke su poznati brojni deskriptivni informacioni modeli; na primjer, Kopernikov heliocentrični model svijeta formuliran je na sljedeći način:
Zemlja se okreće oko svoje ose i oko Sunca;
Orbite svih planeta idu oko Sunca.
Formalni jezici se koriste za konstruisanje formalni informacioni modeli(matematički, logički, itd.). Jedan od najčešće korištenih formalnih jezika je matematika. Zovu se modeli izgrađeni korištenjem matematičkih koncepata i formula matematički modeli... Jezik matematike je skup formalnih jezika. Sa nekima od njih (algebra, geometrija, trigonometrija) ćete se upoznati u školi, a sa drugima (teorija skupova, teorija verovatnoće, itd.) moći ćete da se upoznate u procesu daljeg školovanja.
Jezik algebre omogućava da se formalizuju funkcionalni odnosi između veličina. Tako je Njutn formalizovao heliocentrični sistem sveta otkrivši zakone mehanike i zakon univerzalne gravitacije i zapisao ih u obliku algebarskih funkcionalnih zavisnosti. U školskom predmetu fizike razmatraju se mnoge različite funkcionalne zavisnosti, izražene jezikom algebre, koje su matematički modeli proučavanih pojava ili procesa.
Jezik algebre logike (algebra propozicija) nam omogućava da konstruišemo formalnih logičkih modela... Uz pomoć propozicione algebre moguće je formalizirati (zapisati u obliku logičkih izraza) jednostavne i složene prijedloge izražene prirodnim jezikom. Izgradnja logičkih modela vam omogućava da rješavate logičke probleme, gradite logičke modele računarskih uređaja (sabirač, okidač) i tako dalje.
U prirodnim naukama (fizika, hemija itd.) grade se formalni modeli pojava i procesa. U većini slučajeva za to se koristi univerzalni matematički jezik algebarskih formula. Međutim, u nekim slučajevima se koriste specijalizovani formalni jezici (u hemiji - jezik hemijskih formula, u muzici - notni zapis, itd.).
U procesu spoznavanja svijeta koji ga okružuje, čovječanstvo neprestano koristi modeliranje i formalizaciju. Prilikom proučavanja novog objekta, prvo se njegov deskriptivni informacijski model obično gradi na prirodnom jeziku, zatim se formalizira, odnosno izražava formalnim jezicima (matematika, logika, itd.).
Vizualizacija formalnih modela
Čovječanstvo je kroz svoju historiju koristilo različite metode i alate za kreiranje informacionih modela. Ove metode su stalno unapređivane. Tako su nastali prvi informacioni modeli u obliku kamenih slika. Trenutno se informacioni modeli obično grade i istražuju koristeći modernu kompjutersku tehnologiju.
U procesu proučavanja formalnih modela oni se često vizualiziraju. Za vizualizaciju algoritama koriste se blok dijagrami: prostorni odnosi između objekata - crteži, modeli električnih kola - električni krugovi, modeli logičkih uređaja - logička kola i tako dalje.
Dakle, pri vizualizaciji formalnih fizičkih modela uz pomoć animacije, može se prikazati dinamika procesa, mogu se iscrtati grafovi promjena fizičkih veličina itd. Vizuelni modeli su obično interaktivni, odnosno istraživač može da menja početne uslove i parametre procesa i da posmatra promene u ponašanju modela.
|
Opisni informacioni modeli. Takvi modeli prikazuju objekte, procese i pojave. kvalitativno, tj. ne koristeći kvantitativne karakteristike. Opisni informacioni modeli se obično grade pomoću prirodnim jezicima i crteži. U istoriji nauke su poznati brojni deskriptivni informacioni modeli. Tako je Kopernikov heliocentrični model svijeta na prirodnom jeziku formuliran na sljedeći način: Sve planete se okreću oko Sunca. Međutim, način na koji je predstavljen u obliku slike je više vizualan. |
Kompjuterski interaktivni vizuelni modeli sada se široko koriste. U takvim modelima istraživač može mijenjati početne uslove i parametre procesa i promatrati promjene u ponašanju modela.
Zadaća - bilješke
Metodološka osnova za modeliranje. Sve ono čemu je ljudska aktivnost usmjerena zove se objekt(lat. prigovor- stavka). Razvoj metodologije ovdje ima za cilj pojednostavljenje prijema i obrade informacija o objektima koji postoje izvan naše svijesti i u interakciji jedni s drugima i vanjskim okruženjem.
Objekt- neki dio svijeta koji ga okružuje, koji osoba smatra cjelinom.
Ime - ovo je glavna karakteristika koja vam omogućava da razlikujete jedan objekt od drugog. U svakodnevnom životu se koristi uobičajeno ime , koji označava predmete sličnih karakteristika: soba, pas, rijeka, pjesma. Dati su mnogi objekti, da bi se oni konkretizovali vlastito ime .
Razlikovati objekat i specifična instanca objekta... Objekt je karakteriziran imenom i parametrima bez specificiranja specifičnih vrijednosti. Instanca ima specifične vrijednosti parametara, može imati svoje ime i to se razlikuje od drugih objekata sličnih njoj.
srijeda - uslove za postojanje objekta. Okruženje postojanja objekta utiče na sam objekat.
U naučnim istraživanjima igraju važnu ulogu hipoteze, odnosno određena predviđanja zasnovana na maloj količini eksperimentalnih podataka, zapažanja, nagađanja. Brza i potpuna provjera postavljenih hipoteza može se provesti u toku posebno dizajniranog eksperimenta. U formulisanju i testiranju ispravnosti hipoteza, analogija je od velike važnosti kao metoda prosuđivanja.
Po analogiji nazvati sud o bilo kojoj određenoj sličnosti dvaju predmeta, a takva sličnost može biti značajna i beznačajna. Koncepti materijalnosti i beznačajnosti sličnosti ili razlike objekata su uslovni i relativni. Značaj sličnosti (razlike) zavisi od nivoa apstrakcije i, u opštem slučaju, određen je krajnjim ciljem istraživanja koje se sprovodi.
Hipoteze i analogije treba da budu jasne ili svedene na logičke šeme pogodne za istraživanje; takve logičke sheme koje pojednostavljuju rasuđivanje i logičke konstrukcije ili dozvoljavaju eksperimentima da razjasne prirodu fenomena nazivaju se modeli . Drugim riječima, model (lat. modul- mjera) je zamjenski objekt za originalni objekt, koji omogućava proučavanje nekih svojstava originala.
Cijela raznolikost modela podijeljena je u tri klase:
materijal (prirodan) modeli (neki pravi objekti - modeli, lutke, standardi)- smanjene ili uvećane kopije koje reproduciraju izgled modeliranog objekta, njegovu strukturu (globus, model kristalne rešetke) ili ponašanje (radio-upravljani model aviona, sobni bicikl);
imaginarni model (geometrijska tačka, matematičko klatno, idealni gas, beskonačnost);
informacije modeli - opisi modeliranog objekta na jednom od jezika za kodiranje informacija (verbalni opis, dijagrami, crteži, karte, crteži, naučne formule, programi itd.).
Definicija modeliranja. Zamjena jednog objekta drugim kako bi se dobile informacije o najvažnijim svojstvima originalnog objekta pomoću objekta modela se poziva modeliranje.
Modeliranje je predstavljanje objekta modelom kako bi se dobile informacije o tom objektu eksperimentiranjem s njegovim modelom. Teorija zamjene nekih objekata (originala) drugim objektima (modelima) i proučavanje svojstava objekata na njihovim modelima naziva se teorija modeliranja.
Rice. Opća shema modeliranja
U procesu modeliranja, svaki aspekt modeliranja se otkriva kroz skup svojstava. Ne odražavaju se sve u modelima svojstva objekta, ali samo značajno sa stanovišta svrhe modeliranja .
Svaki aspekt modeliranja karakterizira vlastiti skup svojstava:
izgled - skup karakteristika;
struktura - lista elemenata i indikacija odnosa između njih;
ponašanje - promjene izgleda i strukture tokom vremena.
Neka svojstva objekta modeliranja mogu se izraziti u veličinama koje poprimaju numeričke vrijednosti. Takve vrijednosti se nazivaju parametri modeli.
Target modeliranje nastaje kada subjekt modeliranja rješava zadatak koji se nalazi pred njim, a zavisi kako od problema koji se rješava, tako i od subjekta modeliranja. Iz toga proizilazi da cilj modeliranja ima dvojaku prirodu: s jedne strane je objektivan, budući da proizilazi iz istraživačkog zadatka, s druge strane, subjektivan, budući da ga istraživač uvijek koriguje u zavisnosti od iskustva, interesa, motivi aktivnosti.
Pogledajmo neke primjere. Na slikama
Predmet modeliranja - arhitekta, na primjer.
Problem simulacije - dizajnirati udobnu kuću za porodicu kupca, čiji troškovi projektovanja i izgradnje neće prelaziti navedeni iznos.
Simulacijski objekat - one kuće koje je arhitekt vidio vlastitim očima ili zamislio. Konkretiziran je zadatak koji stoji pred arhitektom kao subjektom modeliranja ciljevi modeliranje: razviti projekt kuće koji bi zadovoljio kupca, odražavao profesionalne sklonosti samog arhitekte i procjenu troškova za čiju implementaciju bi zadovoljila određena ograničenja.
Za jedan objekat, jedan subjekt može izgraditi nekoliko modela ako rješava različite probleme koji dovode do različitih ciljeva modeliranja (slika 2).
Za jedan objekt, različiti subjekti mogu izgraditi različite modele, čak i ako imaju isti zadatak modeliranja. Izbor tipa modela i njegove konstrukcije zavisi od znanja, iskustva, preferencija, ličnih interesovanja ispitanika (sl. 3, 4).
|
Rice. 1. Dijagram koji pokazuje zavisnost cilja modeliranja od problema koji se rješava i predmeta modeliranja |
Rice. 2. Dijagram koji pokazuje da za jedan objekat jedan subjekt može izgraditi više modela |
|
Rice. 3. Dijagram koji pokazuje da različiti subjekti mogu izgraditi različite modele za jedan objekat |
Rice. 4. Dijagram koji pokazuje da različiti subjekti grade, po pravilu, različite modele istog objekta |
Različiti objekti mogu imati isti tip modela, čak i ako su ih izgradili različiti subjekti na osnovu različitih ciljeva modeliranja.
Razlikovati modeliranje izgled, modeliranje strukture i modeliranje ponašanje.
Modeliranje izgleda objekat se koristi za:
Identifikacija (prepoznavanje) objekta;
Dugotrajno skladištenje slike.
Modeliranje konstrukcija objekat se koristi za:
Njen vizuelni prikaz;
Proučavanje svojstava objekta;
Otkrivanje značajnih veza;
Proučavanje stabilnosti objekta.
Modeliranje ponašanja primjenjuje se kada:
planiranje, predviđanje;
uspostavljanje veza sa drugim objektima;
identifikovanje uzročno-posledičnih veza;
menadžment;
projektovanje tehničkih uređaja i dr.
Struktura objekta - skup njegovih elemenata i veze koje postoje između njih.
Opis strukture- navođenje sastavnice elementi objekt i indikacija veze između njih. U jeziku se ovi elementi i veze često izražavaju imenicama: elektron, proton, neutron, sila privlačenja (veza), energetski nivo (kada se opisuje atom).
Modeliranje strukture objekta neophodno je za:
Njen vizuelni prikaz
Proučavanje svojstava objekta,
Otkrivanje značajnih veza,
Proučavanje stabilnosti objekta itd.
Ponašanje objekta nazovite promjene koje mu se dešavaju tokom vremena. Opis ponašanja objekat se svodi na opisivanje njegovog izgleda i strukture tokom vremena kao rezultat interakcije sa drugim objektima.
Epistemološka uloga teorije modeliranja
GNOSEOLOGIJA (grč. gnosis - znanje, logos - poučavanje) je filozofska disciplina koja se bavi istraživanjem, kritikom i teorijama znanja - teorijom znanja kao takve.
Modeliranje- vodeći princip modernog naučnog znanja. Osoba ne može vidjeti predmet znanja u cjelini, u svim njegovim manifestacijama. Stoga on ograničava svoje tvrdnje i nastoji da upozna bilo koju stranu ove teme, ovisno o zadatku s kojim se osoba suočava.
Međutim, moguće je, koristeći modeliranje, istaknuti zajedničke karakteristike koje su svojstvene modelima objekata stvarnog svijeta koji su različiti po prirodi. Ova uobičajena stvar je prisustvo nekih strukture(statična ili dinamička, materijalna ili mentalna), koja je slična strukturi datog objekta.
Modeliranje se zasniva na opštim principima naučnog znanja:
Princip redukcionizma - sposobnost svođenja složenijeg na jednostavnije. To znači da proučavanje nečeg jednostavnijeg može reći nešto o samom objektu.
Princip evolucije - svi viši oblici postepeno su se razvili iz nižih oblika. To znači da je analizom ponašanja nižih oblika moguće predvidjeti ponašanje viših oblika.
Princip racionalnosti , koji kaže da se objekti stvarnog svijeta mogu spoznati pomoću logike i matematike.
Ako su rezultati simulacije potvrđeni i mogu poslužiti kao osnova za predviđanje procesa koji se dešavaju u objektima koji se proučavaju, onda kažu da je model adekvatan objektu. Gde adekvatnost model zavisi od svrhe simulacije i usvojenih kriterijuma.
Adekvatnost pretpostavlja reprodukciju modelom uz potrebnu potpunost svih karakteristika objekta koje su bitne za potrebe modeliranja.
Za utvrđivanje adekvatnosti u slučaju konstruktivnih, uključujući i informacione modele, potrebno je formulisati svrhu modeliranja i razjasniti koji aspekt predmeta proučavanja (izgled, struktura ili ponašanje) je u ovom slučaju od interesa.
Ako je posmatrač dostupan različiti objektni modeli , ali sam objekt nije dostupan, može uporediti dostupne modele i istaći neke invarijantne (prisutne u svim modelima) momente koji se sa visokim stepenom sigurnosti mogu pripisati samom objektu.
Kad bi samo jedan model , pitanje njegove adekvatnosti objektu uzima se na osnovu sljedećeg fundamentalne naučne odredbe:
konzistentnost : nemoguća je istovremena istinitost iskaza (A) i iskaza koji mu je u suprotnosti (a ne A);
zakon dovoljnog razloga : "... ni jedan fenomen se ne može pokazati istinitim ili valjanim, niti jedan iskaz ne može biti istinit bez dovoljnog razloga zašto je to tako, a ne drugačije..." (G.V. Leibniz);
zakon očuvanja energije : energija polja + energija objekta = konstanta.
zakon održanja materije : materija nigdje ne nestaje i ne pojavljuje se niotkuda, samo prelazi iz jednog stanja u drugo;
svojstvo simetrije : ako se bilo koje stanje ili proces javlja u prirodi, tada za njega postoji vremenski obrnuto stanje ili proces, koji se također može realizirati u prirodi.
Osim toga, adekvatnost modela se procjenjuje na osnovu opšti heuristički principi :
Princip ti samo ;
princip " lenjost "(U komunikaciji);
Princip estetika ;
Princip udobnost : ako ispravno navedete adekvatan model ili opseg adekvatnog modela, rezultat će biti adekvatan model.
