Modeliranje kao metoda spoznaje. Geometrijski sličan Fizički sličan

Natrag naprijed

Pažnja! Pregled Slajdovi su samo u informativne svrhe i možda ne predstavljaju sve značajke prezentacije. Ako si zainteresiran ovaj posao, preuzmite punu verziju.

Ciljevi:

• kod učenika formirati pojam modeliranja kao metode spoznaje;
• smatrati razne klasifikacije modeli;
• formirati kod učenika pojam “model”, “modeliranje”, “svrha modeliranja”, “formalizacija”;
• naučiti učenike opisati informacijske modele.

Uvjeti znanja i vještina:

• Učenici bi trebali znati:
  • osnovni pojmovi “model”, “modeliranje”, “formalizacija”, “informacijski model”;
  • vrste modela, njihova klasifikacija.
• Učenici bi trebali moći:
  • dati primjere razni modeli;
  • klasificirati modele prema raznim kriterijima;
  • pronaći bitna obilježja predmeta ovisno o namjeni modeliranja.

Softver za predavanje: projektor za prikaz prezentacije, skup različitih modela (različite vrste informacija, materijala; više modela jednog predmeta; modeli koje izrađuju učenici); prezentacija za lekciju "Klasifikacija modela" ( Prezentacija ), križaljka izrađena u programu “Hot Potatoes 6” ( Dodatak 2 )

TIJEKOM NASTAVE

ja Postavljanje ciljeva lekcije

1. Električni automobil na izložbenom štandu, televizijski ljepotan koji reklamira razne proizvode, model zgrade, dječja plišana igračka, matematička formula, teorija društvenog razvoja - sve su to modeli. Kako je moguće jednom riječju imenovati tako različite pojmove?

2. Postoji veliki iznos modeli. Kako ih staviti “na police”? Kako klasificirati?

3. Bitna svojstva objekta mogu se najpotpunije prikazati pomoću informacijskog modela. Kako ga izgraditi?

4. U kojoj je mjeri potrebno koristiti formalizaciju pri opisivanju informacijskih modela?

II. Prezentacija novog materijala

1. Uvođenje pojma “model”

Čovjek se u svojim aktivnostima vrlo često služi modelima, odnosno stvara sliku predmeta, pojave ili procesa s kojim mora raditi (suočiti se).

Model- ovo je novi pojednostavljeni objekt koji odražava bitne značajke stvarnog predmeta, procesa ili pojave.
Analiza modela i njegovo promatranje omogućuje nam razumijevanje suštine stvarno postojećeg, složenijeg predmeta, procesa, pojave, koji se naziva prototip ili original.
Može se postaviti pitanje: zašto ne proučiti sam izvornik, radije nego napraviti njegov model?

Navedimo nekoliko razloga (ciljeva) zbog kojih pribjegavaju izgradnji modela. ( Poželjno je da učenici daju primjere)

1. Uštedjeti I predati informacije o promatranom objektu (fotoreportaža, crtež, karta područja i sl.)
2. Pokazati , kako će izgledati objekt koji još ne postoji (auto i sl.)
3. Istražiti ili iskustvo na modelu rad budućeg proizvoda, ako je ispitivanje izvornog objekta skupo, opasno ili nemoguće (medicina, zrakoplovstvo, svemir i sl.)
4. U stvarnom vremenu, original možda više ne postoji ili ne postoji u stvarnosti (teorija o izumiranju dinosaura, teorija o smrti Atlantide, model “nuklearne zime”...)
5. Izvornik može imati mnogo svojstava i odnosa. Za dublje proučavanje određenog svojstva, ponekad je korisno napustiti manje značajna, a da ih uopće ne uzmemo u obzir (karta teritorija, modeli živih organizama...)
6. Izvornik je vrlo velik ili vrlo malen (globus, model Sunčevog sustava, model atoma...)
7. Proces se odvija vrlo brzo ili vrlo sporo (model motora s unutarnjim izgaranjem, geološki modeli)

Modeliranje je proces izgradnje modela za istraživanje i proučavanje objekata, procesa i pojava.

Što se može modelirati? (Neka učenici pokušaju sami odgovoriti na ovo pitanje.)

Možete modelirati:

1. Objekti.

Navedimo primjere objektnih modela:

• kopije arhitektonskih građevina;
• kopije umjetnička djela;
• vizualna pomagala;
• model atoma vodika ili Sunčev sustav;
• Globus;
• model koji pokazuje odjeću;
• Dječje igračke;
• itd.

2. Fenomeni

Primjeri modela fenomena:

• modeli fizičke pojave: pražnjenje munje, magnetske i električne sile...;
• geofizički modeli: model isplake, model potresa, model klizišta...

3. Procesi

Primjeri modela procesa:

• model razvoja svemira;
• modeli ekonomskih procesa;
• modeli ekoloških procesa...

4. Ponašanje

Kada osoba izvodi bilo koju radnju, obično joj prethodi pojavljivanje modela budućeg ponašanja u njegovom umu. Bilo da će graditi kuću ili rješavati problem, prijeći ulicu ili ići na planinarenje, on svakako prvo sve to zamisli u mislima. To je glavna razlika između osobe koja razmišlja i svih drugih živih bića na zemlji.
Isti objekt u različite situacije, u različitim znanostima može se opisati različitim modelima. Na primjer, razmotrite objekt "čovjek" sa stajališta različitih znanosti:

• u mehanici, osoba je materijalna točka;
• u kemiji – objekt koji se sastoji od raznih kemijske tvari;
• u biologiji, to je sustav koji teži samoodržanju;
• itd.

S druge strane, različitim se objektima može opisati jednim modelom. Na primjer, u mehanici se materijalnim točkama smatraju različiti materijalni objekti od zrnca pijeska do planeta.

Dakle, uopće nije važno koji su objekti odabrani kao modeli. Važno je samo to da je uz njihovu pomoć moguće reflektirati najbitnije značajke predmeta, pojave ili procesa koji se proučava. Modeliranje je metoda znanstveno znanje objektivni svijet uz pomoć modela.

2. Klasifikacija modela

Dakle, kao što smo upravo vidjeli, postoji ogroman broj objekata za modeliranje. A da bi se moglo snaći u njihovoj raznolikosti, potrebno je sve to klasificirati, odnosno nekako organizirati i sistematizirati.

Pri razvrstavanju objekata u "srodne" skupine potrebno je pravilno odabrati određenu pojedinačnu karakteristiku (parametar), a zatim kombinirati one objekte za koje se ona podudara. Pogledajmo najčešće karakteristike prema kojima se modeli mogu klasificirati. ( Popraćeno prezentacijom s detaljnom analizom u njoj navedenih primjera).

I. Uzimajući u obzir faktor vremena:

• dinamičan;
• statički.

II. Po području upotrebe:

• obrazovni;
• iskusan;
• igrice;
• znanstveno-tehnički;
• imitacija.

III. Po području stručnosti:

• matematički;
• kemijski;
• fizički;
• geografski;
• itd.

IV. Po načinu implementacije:

• Računalo;
• ne-računala.

V. Prema načinu izlaganja:

• materijal;
• informativni
• verbalno;
• grafički;
• matematički;
• tablični;
• poseban.

Proces konstruiranja informacijskih modela korištenjem formalnih jezika (matematičkih, logičkih, itd.) naziva se FORMALIZACIJA
Više puna definicija Formalizacija je redukcija (svođenje) bitnih svojstava i karakteristika objekta modeliranja na odabrani oblik.

Oblici prikaza informacijskog modela mogu biti: verbalni opis, tablica, dijagram, crtež, formula, algoritam, računalni program itd.

III. Učvršćivanje naučenog.

Za konsolidaciju materijala predlaže se mali zadatak:

1 zadatak – od 10 pitanja osmišljeno je da traje otprilike 15 minuta. Dopušteno je korištenje prezentacije i rad na računalu. Svoje odgovore zapišite u bilježnicu ili na poseban list prema predloženom modelu ( Prilog 1 ))

Zadatak 2 – Rješavanje križaljke na računalu nudi se studentima ako riješe 1 zadatak prije roka i predaju ga. Učenici imaju različite razine, a kako ne bi gubili vrijeme, jači učenici mogu samostalno krenuti u rješavanje križaljke. Ovaj zadatak zatim ispunjavaju svi ostali učenici. ispitni rad, koje sami provjeravaju i provode zajedno s drugima. Prije zajedničkog testa potrebno je proći i pregledati stupanj riješenosti, u slučaju da je riješeno više od 85% križaljke nagraditi to ocjenom. Za provjeru možete izgovoriti sve mogućnosti odgovora ili demonstrirati riješenu križaljku kroz projektor. ( Dodatak 2 )

Križaljka na temu "Modeliranje"

Horizontalno:

2. Opći naziv modela, koji su skup korisnih i potrebnih informacija o objektu (informacije)
3. Opći naziv za modele koji reproduciraju izgled, struktura modeliranog objekta (materijala)
5. Opis modela korištenjem formalnog jezika (formalizacija)
6. Modeli koji vam omogućuju da vidite kako se objekt mijenja tijekom vremena (dinamički)
8. Modeli ove vrste oponašaju stvarnost s različitim stupnjevima točnosti (imitacija)
9. Primjer prvog grafičkog modela (slika)
10. Informacijski model koji se sastoji od redaka i stupaca (tablica)
11. Alat za računalno modeliranje (računalo)
12. Grafički objekt, koji se sastoji od vrhova povezanih linijama (graf)
14. Umanjene ili uvećane kopije projektiranog predmeta. Ovi se modeli koriste za proučavanje objekta i predviđanje njegovih budućih karakteristika (eksperimentalno)
15. Umjetno stvoren objekt koji reproducira strukturu i svojstva predmeta koji se proučava (model)

Okomito:

1. Izrada modela za istraživanje i proučavanje objekata, procesa, pojava (modeliranje)
4. Ovi modeli predstavljaju jednokratnu snimku informacija o objektu (statički)
7. Ovi modeli predstavljaju opis na prirodnim jezicima u mentalnom ili govornom obliku (verbalno)
13. Primjer matematičkog modela s predznakom (formula)

IV. Sažimajući

Ocjenjivanje znanja studenata. Rasprava o proučavanoj temi. Domaća zadaća.

Književnost:

1. Makarova N.V. Računalstvo i ICT. Udžbenik za 8.-9. – St. Petersburg: Peter, 2008. – 160 str.: ilustr.
2. Sokolova O.L. Univerzalni razvoj lekcija iz informatike. 10. razred. M.: VAKO, 2006. – 400 str.

Model je opći znanstveni pojam koji istovremeno označava idealan i fizički predmet analize. Važna klasa idealnih modela je matematički model - u njemu se pojava ili proces koji se proučava prikazuje u obliku apstraktnih objekata ili najopćenitijih matematičkih obrazaca koji izražavaju ili zakone prirode ili unutarnja svojstva samih matematičkih objekata. , odnosno pravila logičkog zaključivanja.

Granice između modela različite vrste ili razreda, kao i da je svrstavanje modela u određeni tip ili razred najčešće uvjetovano. Pogledajmo najčešće karakteristike prema kojima se klasificiraju modeli:

· svrha korištenja;

• polje znanja;
• faktor vremena;
• način prezentacije.

Modeli se razlikuju po namjeni obrazovni, eksperimentalni, simulacijski, igraći, znanstveni i tehnički.

Modeli se razlikuju po području znanja biološki, ekonomski, povijesni, sociološki itd.

Modeli se dijele prema faktoru vremena dinamičan I statički. Statički model odražava strukturu i parametre objekta, zbog čega se također naziva strukturalni. Opisuje objekt u određenoj vremenskoj točki i pruža snimku informacija o njemu. Dinamički model odražava proces funkcioniranja objekta ili promjenu i razvoj procesa na vrijeme.

Svaki model ima specifičan izgled, oblik ili metoda prezentacije, ona uvijek od nečega I nekako napravljen ili predstavljen i opisan. U ovoj klasi, prije svega, modeli se smatraju materijalnim i nematerijalnim.

Materijalni modeli- to su materijalne kopije objekata modeliranja.

Oni uvijek imaju stvarno utjelovljenje, reproducirajući vanjska svojstva ili unutarnju strukturu, ili radnje izvornog objekta. Primjeri: model oblika globusa Globus, lutka je model izgleda osobe, robot je model djelovanja osobe u opasnoj proizvodnji. Materijalno modeliranje koristi eksperimentalnu (eksperimentalnu) metodu spoznaje.

Nematerijalno modeliranje koristi teorijsku metodu spoznaje. Drugi naziv za to je sažetak, savršen. Apstraktni modeli, pak, dijele se na imaginarne i informacijske.

Informacijski model je skup informacija o objektu koji opisuje svojstva i stanje predmeta, procesa ili pojave, kao i veze i odnose s vanjskim svijetom.

Informacijski modeli predstavljaju objekte u obliku verbalnih opisa, tekstova, slika, tablica, dijagrama, crteža, formula itd. Informacijski model se ne može dirati, on nema materijalno utjelovljenje, izgrađen je samo na informacijama. Može se izraziti opisnim jezikom (znakovni model) ili prezentacijskim jezikom (vizualni model).

Isti model istovremeno se odnosi na različite klase podjela. Na primjer, programi oponašajući kretanje tijela (automobil, projektil, njihalo, dizalo itd.). Takvi se programi koriste u nastavi fizike ( polje znanja) s ciljevima učenja ( svrhu korištenja). Istovremeno su dinamičan, budući da uzimaju u obzir položaj tijela u različitim točkama u vremenu, i algoritamski prema načinu provedbe.

Pogledajmo pobliže klasu informacijskih modela iz perspektive metoda prezentiranja informacija. Oblik prikaza informacijskog modela ovisi o načinu kodiranja (abecedi) i materijalnom mediju.

Zamišljeno(mentalno ili intuitivno) modeliranje je mentalni prikaz objekta. Takvi modeli nastaju u mašti osobe i prate njegovu svjesnu aktivnost. Oni uvijek prethode stvaranju materijalnog predmeta, materijalnog i informacijskog modela, kao jedna od faza kreativnog procesa. Na primjer, tematska melodija u mozgu skladatelja postoji intuitivni model glazbenog djela.

Verbalni modeliranje (odnosi se na simboličko) predstavljanje je informacijskog modela pomoću prirodnog govornog jezika (fonema). Mentalni model izražen u razgovornom obliku naziva se verbalnim (od latinska riječ verbalizirati – usmeno). Oblik izlaganja takvog modela je usmeni ili pisana poruka. Primjeri su književna djela, informacije u udžbenici i rječnici, upute za korištenje uređaja, prometna pravila.

Vizualno (izraženo prezentacijskim jezikom) modeliranje- ovo je izraz svojstava izvornika pomoću slika. Na primjer, crteži, umjetnička platna, fotografije, filmovi. Na znanstveno modeliranje koncepti su često kodirani crtežima - ikoničan modeliranje. Ovo također uključuje geometrijski modeli - informacijski modeli prikazani pomoću grafike.

Figurativno-simboličko modeliranje koristi simboličke slike neke vrste: dijagrame, grafikone, crteže, grafikone, planove, karte (vidi sl. 3). Na primjer, geografska karta, plan stana, obiteljsko stablo, blok dijagram algoritma. Ova skupina uključuje strukturne informacijske modele stvorene za vizualni prikaz komponente i objektne veze. Najjednostavniji i najčešći informacijske strukture To su tablice, dijagrami, grafikoni, dijagrami toka, stabla.

Ikonično (simbolično izraženo opisnim jezikom) modeliranje (slika 4) koristi alfabete formalnih jezika: konvencionalne znakove, Posebni simboli, slova, brojke i pruža niz pravila za rad s tim znakovima. Primjeri: posebni jezični sustavi, fizičke ili kemijske formule, matematički izrazi i formule, notni zapis, itd. Program napisan prema pravilima programskog jezika je simbolički model.

Jedan od najčešćih formalnih jezika je algebarski jezik formula u matematici, koji vam omogućuje da opišete funkcionalne ovisnosti između veličina. Izrada matematičkog modela u mnogim problemima modeliranja, iako posredna, vrlo je važna faza.

Matematički model― metoda predstavljanja informacijskog modela koji prikazuje odnos raznih parametara objekt kroz matematičke formule i pojmove.

U slučajevima kada je modeliranje usmjereno na proučavanje modela pomoću računala, jedna od njegovih faza je razvoj računalni model .

Računalni model- izrađuje se korištenjem računalnih resursa virtualna slika, kvalitativno i kvantitativno odražava unutarnja svojstva i veze modeliranog objekta, ponekad prenoseći njegove vanjske karakteristike.

Računalni model je materijalni model koji reproducira izgled, strukturu ili djelovanje simuliranog objekta pomoću elektromagnetskih signala. Razvoju računalnog modela prethode mentalni, verbalni, strukturni, matematički i algoritamski modeli.

Predavanje "Obrasci za prezentaciju modela. Formalizacija."

Značajke klasifikacije modela:

1) - prema području uporabe;

2) - po faktoru vremena;

3) - prema području znanja;

4) - prema obliku prezentacije.

1) Klasifikacija modela prema području uporabe:

Modeli treninga– koristi se u obuci. To mogu biti vizualna pomagala, razni simulatori, programi obuke.

Iskusni modeli– to su umanjene ili uvećane kopije projektiranog predmeta. Koristi se za proučavanje i predviđanje njegovih budućih karakteristika.

Na primjer, model broda proučava se u bazenu za plivanje kako bi se proučila stabilnost plovila pri kotrljanju, model automobila se "produva" u zračnom tunelu kako bi se proučila struja karoserije, model struktura se koristi za povezivanje zgrade s određenim područjem itd.

Znanstveni i tehnički modeli - stvoreni su za proučavanje procesa i pojava. Takvi modeli uključuju, na primjer, uređaj za proizvodnju električnog pražnjenja munje ili stalak za testiranje televizora.

Igrački modeli - to su vojne, ekonomske, sportske, poslovne igre. Ovi modeli kao da uvježbavaju ponašanje objekta u raznim situacijama, igrajući ih uzimajući u obzir moguću reakciju konkurenta, saveznika ili neprijatelja. Pomoću gaming modeli može se osigurati psihološka pomoć bolesnika, rješavati konfliktne situacije.

Simulacijski modeli Oni ne samo da odražavaju stvarnost s različitim stupnjevima točnosti, već je imitiraju. Eksperimenti s modelima provode se s različitim početnim podacima. Na temelju rezultata studije donose se zaključci. Ova metoda odabira prava odluka dobio naziv (metoda pokušaja i pogreške). Na primjer, za prepoznavanje nuspojava lijekovi testirani su u nizu pokusa na životinjama.

2) Klasifikacija modela prema faktoru vremena:

Statički– modeli koji opisuju stanje sustava u određenom trenutku (jednokratna snimka informacija o ovaj objekt). Na primjer, pregled studenata u stomatološkoj klinici otkriva stanje njihovih zuba ovaj trenutak vrijeme: omjer mliječnog i trajnog, prisutnost ispuna, nedostataka itd.

Dinamičan– modeli koji opisuju procese promjene i razvoja sustava (promjene objekta tijekom vremena). Primjeri: opis gibanja tijela, razvoj organizama, proces kemijskih reakcija.

Prilikom gradnje kuće izračunava se čvrstoća njezinih temelja, zidova, greda i njihova otpornost na stalno opterećenje. Ovo je statički model zgrade. Ali također je potrebno osigurati otpornost na vjetrove i kretanje podzemne vode, seizmičke vibracije i drugi vremenski promjenjivi čimbenici. Ova se pitanja mogu riješiti pomoću dinamičkih modela.

Dakle, isti objekt može biti karakteriziran i statičkim i dinamičkim modelom.

3) Klasifikacija modela po granama znanja

Ovo je klasifikacija prema granama ljudske djelatnosti: matematička, biološka, ​​kemijska, društvena, ekonomska, povijesna itd.

4) Klasifikacija modela prema obliku prikazivanja:

Svi modeli mogu se podijeliti u dvije velike klase: objektni modeli (materijal) I informacijski modeli.

Materijal(predmetni) modeli uvijek imaju stvarno utjelovljenje. Oni odražavaju vanjsko svojstvo i unutarnja organizacija izvorni predmeti, bit procesa i pojava izvornog predmeta. Ovaj eksperimentalna metoda poznavanje okoline.

U procesu učenja naširoko se koriste sljedeći modeli: globus (geografija), lutke (biologija), modeli kristalne rešetke (kemija) itd.

Primjeri: dječje igračke, ljudski kostur, plišana životinja, model Sunčevog sustava, školski udžbenici, fizikalni i kemijski pokusi.

Informacijski modeli – svrhovito odabrane informacije o objektu, koje odražavaju najznačajnija svojstva tog predmeta za istraživača.

Prema stupnju formalizacije postoje informacijski modeli figurativno simboličan I ikoničan.

Upečatljiv primjer modela figurativnog znaka je geografska karta. Boja i oblik kontinenata, oceana i planina prikazanih na karti odmah aktiviraju maštovito razmišljanje. Možete odmah procijeniti reljef gledajući boju na karti. Na primjer, sa plava Vodu ljudi povezuju sa zelenim cvjetnim livadama i ravnicama. Karta je prepuna simbola. Poznavajući ovaj jezik, osoba može primiti pouzdane informacije o predmetu interesa. Informacijski model u ovom će slučaju biti rezultat razumijevanja informacija dobivenih osjetilima i informacija kodiranih u obliku konvencionalnih slika.

Isto se može reći i za slikarstvo. Neiskusni gledatelj sliku će percipirati s dušom u obliku figurativnog modela. Ali postoje neki umjetnički jezici koji odgovaraju različitim slikarskim žanrovima i školama: kombinacije boja, priroda poteza, metode prenošenja zraka, volumena itd. Osoba koja poznaje ove konvencije lakše je razumjeti što umjetnik imao na umu, osobito ako se djelo ne odnosi na realizam. U ovom slučaju, opća percepcija slike (informacijski model) bit će rezultat razumijevanja informacija u figurativnom i simboličkom obliku.

Drugi primjer takvog modela je fotografija. Kamera vam omogućuje da dobijete sliku originala. Obično nam fotografija daje prilično točnu ideju o izgledu osobe. Postoje neki znakovi (visina čela, raspored očiju, oblik brade) po kojima stručnjaci mogu odrediti karakter osobe i njegovu sklonost određenim postupcima. Ovaj poseban jezik formiran je od informacija nakupljenih u polju fizionomije i vlastito iskustvo. Obrazovani liječnici gledaju fotografiju stranac, vidjet će znakove određenih bolesti. Postavljajući različite ciljeve, iz iste fotografije možete dobiti različite informacijske modele. One će biti rezultat obrade figurativnih informacija dobivenih promatranjem fotografije, te informacija razvijenih na temelju poznavanja posebnog stručnog jezika.

Prema obliku prikazivanja figurativno-znakovnih modela među njima se mogu razlikovati sljedeće skupine:

Geometrijski modeli, prikaz izgleda izvornika (crtež, piktogram, crtež, plan, karta, trodimenzionalna slika);

Strukturni modeli koji odražavaju strukturu objekata i odnose njihovih parametara (tablica, grafikon, dijagram, dijagram);

Verbalni modeli, zabilježeno (opisano) prirodnim jezikom;

Algoritamski modeli koji opisuju slijed radnji.

Kultni modeli mogu se podijeliti u sljedeće skupine:

Predstavljeni matematički modeli matematičke formule, prikaz odnosa između različitih parametara objekta, sustava ili procesa;

Posebni modeli predstavljeni na posebni jezici(bilješke, kemijske formule itd.);

Algoritamski modeli koji predstavljaju proces u oblik programa napisano posebnim jezikom.

Modeli prezentacijskih formi. Formalizacija

Materijalni modeli i informacijski modeli.

Svi se modeli mogu podijeliti u dvije velike klase: modeli predmet (materijal) i modeli informativni. Predmetni modeli reproducirati geometrijska, fizikalna i druga svojstva objekata u materijalnom obliku (globus, anatomski modeli, modeli kristalnih rešetki, modeli zgrada i građevina i sl.).

Informacijski modeli predstavljaju objekte i procese u figurativno ili ikonički oblik.

Oko različiti modeli(crteži, fotografije i sl.) predstavljati vizualne slike objekti snimljeni na bilo kojem mediju za pohranu (papir, fotografija i film, itd.). Figurativni informacijski modeli naširoko se koriste u obrazovanju (sjetite se obrazovnih plakata na raznih predmeta) i znanosti gdje klasifikacija objekata prema njihovim vanjski znakovi(u botanici, biologiji, paleontologiji itd.).

Modeli znakovnih informacija izgrađeni su pomoću različitih jezika (sustava znakova). Signirani informacijski model može se prikazati u obliku teksta (npr. program u programskom jeziku), formule (npr. Newtonov drugi zakon F = m × a), tablice (npr. periodni sustav elemenata elementi D. I. Mendeljejeva) i tako dalje.

Ponekad se prilikom konstruiranja ikoničnih informacijskih modela koristi nekoliko njih istovremeno. različiti jezici. Primjeri takvih modela uključuju zemljopisne karte, grafikone, dijagrame itd. U svim ovim modelima oni se istovremeno koriste kao jezik grafički elementi, i simbolički jezik.

Kroz povijest čovječanstvo je koristilo razne načine i alate za izradu informacijskih modela. Ove metode su se stalno poboljšavale. Tako su prvi informacijski modeli nastali u obliku crteža na stijenama, no danas se informacijski modeli obično grade i proučavaju pomoću suvremenih računalnih tehnologija.

Za stvaranje se koriste prirodni jezici deskriptivni informacijski modeli. U povijesti znanosti poznati su brojni deskriptivni informacijski modeli; na primjer, heliocentrični model svijeta koji je predložio Kopernik formuliran je na sljedeći način:

Zemlja se okreće oko svoje osi i oko Sunca;

Svi planeti kruže oko Sunca.

Za izgradnju se koriste formalni jezici formalni informacijski modeli(matematički, logički itd.). Jedan od najčešće korištenih formalnih jezika je matematika. Modeli izgrađeni pomoću matematičkih pojmova i formula nazivaju se matematički modeli. Jezik matematike je zbirka formalnih jezika. Neke od njih (algebra, geometrija, trigonometrija) učite u školi, druge ( teorija skupova, teorija vjerojatnosti itd.) moći ćete se upoznati u procesu daljnjeg usavršavanja.

Jezik algebre omogućuje formaliziranje funkcionalnih ovisnosti između veličina. Time je Newton formalizirao heliocentrično svjetski sustav, otkrivši zakone mehanike i zakon univerzalne gravitacije i zapisavši ih u obliku algebarskih funkcionalne ovisnosti. U školski tečaj Fizika razmatra mnoge različite funkcionalne ovisnosti, izražene jezikom algebre, koje su matematički modeli fenomena ili procesa koji se proučavaju.

Jezik logičke algebre (propozicijska algebra) omogućuje vam izgradnju formalni logički modeli. Koristeći propozicionu algebru, može se formalizirati (zapisati kao logički izrazi) jednostavne i složene izjave izražene prirodnim jezikom. Izgradnja logičkih modela omogućuje vam rješavanje logički problemi, graditi logičke modele računalnih uređaja (zbrajalo, okidač) i tako dalje.

U prirodnim znanostima (fizika, kemija i dr.) grade se formalni modeli pojava i procesa. U većini slučajeva za to se koristi univerzalni matematički jezik algebarskih formula. Međutim, u nekim slučajevima koriste se specijalizirani formalni jezici (u kemiji - jezik kemijskih formula, u glazbi - notni zapis itd.).

U procesu razumijevanja svijeta koji nas okružuje, čovječanstvo se stalno koristi modeliranjem i formalizacijom. Prilikom proučavanja novog objekta, prvo se njegov opisni informacijski model obično gradi na prirodnom jeziku, zatim se formalizira, odnosno izražava korištenjem formalnih jezika (matematika, logika, itd.).

Vizualizacija formalnih modela

Kroz svoju povijest čovječanstvo je koristilo različite metode i alate za stvaranje informacijskih modela. Ove metode su se stalno poboljšavale. Tako su nastali prvi informacijski modeli u obliku crteža na stijenama. Trenutno se informacijski modeli obično grade i proučavaju pomoću modernih računalnih tehnologija.

U procesu proučavanja formalnih modela često se vizualiziraju. Za vizualizaciju algoritama koriste se blok dijagrami: prostorni odnosi između objekata – crteži, modeli električni krugovi - električni krugovi, logički modeli uređaji - logika i tako dalje.

Tako se pri vizualizaciji formalnih fizikalnih modela pomoću animacije može prikazati dinamika procesa, konstruirati grafikoni promjena fizikalnih veličina itd. Vizualni modeli obično su interaktivni, odnosno istraživač može mijenjati početne uvjete i parametre procesa te promatrati promjene u ponašanju modela.

Deskriptivni informacijski modeli. Takvi modeli prikazuju objekte, procese i pojave kvalitativno, tj. bez korištenja kvantitativnih karakteristika. Deskriptivni informacijski modeli obično se grade korištenjem prirodni jezici I crteži. U povijesti znanosti poznati su brojni deskriptivni informacijski modeli. Stoga je Kopernikov heliocentrični model svijeta u prirodnom jeziku formuliran na sljedeći način: - Zemlja se okreće oko Sunca, a Mjesec oko Zemlje; Svi planeti kruže oko Sunca. Međutim, vizualniji način predstavljanja je u obliku crteža.

Trenutno, računalo interaktivno vizualni modeli. U takvim se modelima istraživač može mijenjati početni uvjeti i procesne parametre te promatrati promjene u ponašanju modela.

Domaća zadaća - bilješke

Metodološke osnove modeliranja. Sve prema čemu je usmjerena ljudska djelatnost naziva se objekt(lat. prigovor- stavka). Razvoj metodologije ovdje ima za cilj pojednostaviti primanje i obradu informacija o objektima koji postoje izvan naše svijesti i koji su u interakciji jedni s drugima i vanjskim okruženjem.

Objekt- neki dio okolnog svijeta, koji osoba smatra jednom cjelinom.

Ime - ovo je glavna karakteristika koja vam omogućuje razlikovanje jednog objekta od drugog. Koristi se u svakodnevnom životu uobičajeno ime , označavajući predmete sličnih karakteristika: soba, pas, rijeka, pjesma. Daju se mnogi predmeti, kako bi se konkretizirali ispravno ime .

razlikovati objekt I konkretan primjer objekta. Objekt je karakteriziran imenom i parametrima bez navođenja specifičnih vrijednosti. Instanca ima specifične vrijednosti parametra, može imati svoje ime i to se razlikuje od drugih njemu sličnih objekata.

srijeda – uvjeti postojanja objekta. Okolina u kojoj objekt postoji utječe na sam objekt.

U znanstvenom istraživanju igraju važnu ulogu hipoteze, to jest, određena predviđanja temeljena na maloj količini eksperimentalnih podataka, opažanja i nagađanja. Brzo i potpuno testiranje hipoteza može se provesti tijekom posebno dizajniranog eksperimenta. Prilikom postavljanja i provjere ispravnosti hipoteza veliki značaj analogija se koristi kao metoda prosuđivanja.

Po analogiji oni nazivaju sud o bilo kojoj posebnoj sličnosti između dva predmeta, a takva sličnost može biti značajna i beznačajna. Pojmovi značaja i beznačajnosti sličnosti ili razlike objekata su uvjetni i relativni. Značaj sličnosti (razlika) ovisi o razini apstrakcije i opći slučaj određen krajnjim ciljem istraživanja.

Hipoteze i analogije trebaju biti jasne ili svedene na logičke dijagrame pogodne za istraživanje; takve logičke sheme koje pojednostavljuju razmišljanje i logičke konstrukcije ili omogućuju izvođenje eksperimenata koji pojašnjavaju prirodu fenomena nazivaju se modeli . Drugim riječima, model (lat. modul- mjera) je zamjenski objekt za izvorni objekt, pružajući proučavanje nekih svojstava izvornika.

Cijela raznolikost modela podijeljena je u tri klase:

materijal (prirodni) modeli (neki stvarni objekti - modeli, lutke, standardi)- smanjene ili uvećane kopije koje reproduciraju izgled modeliranog predmeta, njegovu strukturu (globus, model kristalne rešetke) ili ponašanja (radio upravljani model aviona, sobni bicikl);

zamišljena modeli (geometrijska točka, matematičko njihalo, idealni plin, beskonačnost);

informativni modeli - opisi modeliranog objekta u jednom od jezika kodiranja informacija (verbalni opis, dijagrami, crteži, karte, crteži, znanstvene formule, programi itd.).

Definicija modeliranja. Zamjena jednog objekta drugim radi dobivanja informacija o najvažnijim svojstvima izvornog objekta korištenjem modela objekta naziva se modeliranje.

Modeliranje je predstavljanje objekta pomoću modela kako bi se dobile informacije o tom objektu provođenjem eksperimenata s njegovim modelom. Teorija zamjene nekih predmeta (originala) drugim objektima (modelima) i proučavanje svojstava predmeta na njihovim modelima naziva se teorija modeliranja.

Riža. Opća shema modeliranja

Tijekom procesa modeliranja svaki se aspekt modeliranja otkriva kroz skup svojstava. Ne odražava se sve na modelima svojstva objekta, ali samo značajan sa stajališta svrhe modeliranja .

Svaki aspekt modeliranja karakterizira vlastiti skup svojstava:

izgled - skup karakteristika;

struktura - popis elemenata i naznaka odnosa među njima;

ponašanje - promjene izgleda i strukture tijekom vremena.

Neka svojstva objekta modeliranja mogu se izraziti veličinama koje poprimaju brojčane vrijednosti. Takve se količine nazivaju parametri modeli.

Cilj modeliranje nastaje kada subjekt modeliranja rješava problem koji pred njim stoji, a ovisi kako o problemu koji se rješava tako i o subjektu modeliranja. Iz toga proizlazi da je svrha modeliranja dvostruke prirode: s jedne strane, objektivna, jer proizlazi iz problema istraživanja, s druge, subjektivna, jer je istraživač uvijek prilagođava ovisno o iskustvu, interesima i motivi aktivnosti.

Pogledajmo primjere. Na slikama

Predmet simulacije - arhitekt, npr.

Simulacijski zadatak - projektirati udobnu kuću za obitelj kupca, čiji troškovi projektiranja i izgradnje neće premašiti zadani iznos.

Objekt simulacije - one kuće koje je arhitekt vidio vlastitim očima ili zamišljao u svojoj mašti. Zadaća koja stoji pred arhitektom kao subjektom modeliranja navedena je u ciljevi modeliranje: razviti projekt kuće koji bi kupac želio, odražavao bi profesionalne preferencije samog arhitekta, a troškovnik za čiju bi realizaciju zadovoljio određena ograničenja.

Za jedan objekt jedan subjekt može izgraditi više modela ako odluči različite zadatke, što dovodi do različitih ciljeva modeliranja (slika 2).

Za jedan objekt različiti subjekti mogu izgraditi različite modele, čak i ako imaju isti zadatak modeliranja. Odabir vrste modela i njegove konstrukcije ovisi o znanju, iskustvu, sklonostima i osobnim interesima ispitanika (sl. 3, 4).

Riža. 1. Dijagram koji prikazuje ovisnost cilja modeliranja o problemu koji se rješava i predmetu modeliranja	Riža. 2. Dijagram koji pokazuje da za jedan objekt jedan subjekt može izgraditi nekoliko modela
Riža. 3. Dijagram koji pokazuje da za jedan objekt različiti subjekti mogu izgraditi različite modele	Riža. 4. Dijagram koji pokazuje da različiti subjekti, u pravilu, grade različite modele istog objekta

Različiti objekti mogu imati modele koji su identični po izgledu, čak i ako su ih izgradili različiti subjekti na temelju različitih ciljeva modeliranja.

Razlikovati modeliranje izgled, manekenstvo strukture i modeling ponašanje.

Modeliranje izgleda objekt se koristi za:

Identifikacija (prepoznavanje) predmeta;

Dugotrajna pohrana slike.

Modeliranje strukture objekt se koristi za:

Njegov vizualni prikaz;

Proučavanje svojstava predmeta;

Identificiranje značajnih veza;

Proučavanje stabilnosti objekta.

Modeliranje ponašanja primjenjuje se kada:

planiranje, predviđanje;

uspostavljanje veza s drugim objektima;

utvrđivanje uzročno-posljedičnih veza;

upravljanje;

oblikovati tehnički uređaji i tako dalje.

Struktura objekta - ukupnost njegovih elemenata i veza koje postoje među njima.

Opis strukture- navođenje komponenti elementi predmet i indikacija komunikacije između njih. U jeziku se ti elementi i veze često izražavaju imenicama: elektron, proton, neutron, sila privlačenja (veza), razina energije (kada se opisuje atom).

Modeliranje strukture objekta potrebno je za:

Njezin vizualni prikaz

Proučavanje svojstava predmeta,

Identificiranje značajnih veza,

Proučavanje stabilnosti objekta itd.

Ponašanje objekta imenovati promjene koje se na njemu događaju tijekom vremena. Opis ponašanja predmeta svodi se na opisivanje njegovog izgleda i strukture tijekom vremena kao rezultat interakcije s drugim objektima.

Epistemološka uloga teorije modeliranja

GNOSEOLOGIJA (grč. gnosis - znanje, logos - učenje) je filozofska disciplina koja se bavi istraživanjem, kritikom i teorijama spoznaje - teorijom spoznaje kao takve.

Modeliranje- vodeći princip modernih znanstvenih spoznaja. Osoba ne može vidjeti predmet znanja u cijelosti, u svim njegovim manifestacijama. Stoga, on ograničava svoje tvrdnje i nastoji razumjeti bilo koji aspekt ove teme, ovisno o zadatku s kojim se osoba suočava.

Međutim, uz pomoć modeliranja moguće je istaknuti zajedničke značajke koje su svojstvene modelima objekata stvarnog svijeta koji su po prirodi različiti. Ovo zajedništvo leži u prisutnosti nekih strukture(statička ili dinamička, materijalna ili mentalna), koja je slična strukturi danog objekta.

Modeliranje se temelji na generalni principi znanstveno znanje:

Načelo redukcionizma - sposobnost svođenja složenijeg na jednostavnije. To znači da nam proučavanje nečeg jednostavnijeg može reći nešto o samom predmetu.

Princip evolucije - svi viši oblici postupno su se razvili iz nižih oblika. To znači da je analizom ponašanja nižih oblika moguće predvidjeti ponašanje viši oblici.

Načelo racionalnosti , koji kaže da se objekti u stvarnom svijetu mogu razumjeti pomoću logike i matematike.

Ako su rezultati modeliranja potvrđeni i mogu poslužiti kao osnova za predviđanje procesa koji se odvijaju u objektima koji se proučavaju, tada se kaže da je model adekvatan objektu. pri čemu adekvatnost modela ovisi o svrsi modeliranja i usvojenim kriterijima.

Adekvatnost uključuje model koji s potrebnom potpunošću reproducira sve karakteristike objekta koje su bitne za svrhu modeliranja.

Za utvrđivanje adekvatnosti u slučaju konstruktivnih modela, uključujući informacijske modele, potrebno je formulirati svrhu modeliranja i razjasniti koji je aspekt predmeta koji se proučava (izgled, struktura ili ponašanje) u ovom slučaju od interesa.

Ako promatrač ima pristup različite objektne modele , ali je sam objekt nedostupan, može usporediti dostupne modele i istaknuti neke invarijantne (prisutne u svim modelima) momente koji se s visokim stupnjem sigurnosti mogu pripisati samom objektu.

Ako je samo promatrač dostupan jedan model , pitanje njegove primjerenosti objektu postavlja se na temelju sljedećeg temeljne znanstvene odredbe:

dosljednost : istovremena istinitost iskaza (A) i iskaza koji mu proturječi (ne A) je nemoguća;

zakon dovoljnog razloga : “...ni jedan fenomen ne može se pokazati istinitim ili valjanim, niti jedan iskaz ne može biti valjan bez dovoljnog razloga zašto stvari stoje ovako, a ne drugačije...” (G.V. Leibniz);

zakon očuvanja energije : energija polja + energija objekta = konstanta.

zakon o očuvanju materije : materija nigdje ne nestaje i niotkud se ne pojavljuje, samo prelazi iz jednog stanja u drugo;

svojstvo simetrije : ako se bilo koje stanje ili proces dogodi u prirodi, onda za njega postoji vremenski obrnuto stanje ili proces koji se također može ostvariti u prirodi.

Osim toga, primjerenost modela procjenjuje se na temelju opći heuristički principi :

Načelo ti samo ;

načelo lijenost "(u komunikaciji);

Načelo estetika ;

Načelo usklađenost : ako točno specificirate odgovarajući model ili opseg odgovarajućeg modela, tada će rezultat biti odgovarajući model.