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:

1. знать понятие «модель» в ее важнейших для компьютерной практики видах: информационной и математической;

2. знать понятия «система», «черный ящик»;

3. знать этапы решения задач с помощью компьютера;

4. уметь приводить примеры моделирования;

5. уметь приводить примеры формализованного описания объектов и процессов

6. 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:

1. 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.

2. Модель нужна, чтобы определить наилучшие способы управления объектом или процессом.

3. 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)

1. 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)

2. 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:

1. Модели объектов и процессов;

2. 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:

1. Продукционные модели;

2. Семантические сети;

3. 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-:

1. моделированием

2. формализацией

3. систематизацией

Вербальной моделью является:

1. правила дорожного движения

2. модель автомобиля

3. формула закона всемирного тяготения

Надсистемой системы «класс» является:

1. «школа»

2. «школьная доска»

3. «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:

1. «Информатика» 10-11 класс, И.Г. Семакина

2. «Основы информатики и ВТ» 10-11класс, В.А. Каймин

3. «Информационное моделирование: величины, объекты, алгоритмы», Н. Суворова.