Моделирование. Роль моделей в различных областях
реклама
Моделирование и формализация Автор: Митрина Н.А., учитель информатики МОУ СОШ №1 станицы Ессентукской Для чего нужно изучать модели из различных областей человеческой деятельности? С различными моделями мы сталкиваемся ещё в раннем детстве: игрушечный автомобиль, самолёт или кораблик для многих были любимыми игрушками, равно как и плюшевый медвежонок или кукла. Дети часто моделируют в процессе игры (составляют из кубиков здания, обыкновенная палка им заменяет коня и т.д.) В развитии ребёнка, в процессе познания им окружающего мира такие игрушки, являющиеся, по существу, моделями реальных объектов, играют важную роль. В подростковом возрасте для многих увлечение авиамоделированием, судомоделированием, собственноручным созданием игрушек, похожих на реальные объекты, оказывает влияние на выбор жизненного пути. Этапы моделирования Э Т А П I. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ОПИСАНИЕ ЗАДАЧИ ЦЕЛЬ МОДЕЛИРОВАНИЯ АНАЛИЗ ОБЪЕКТА Э Т А П II. РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ ИНФОРМАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ ЗНАКОВАЯ МОДЕЛЬ КОМПЬЮТЕРНАЯ МОДЕЛЬ Э Т А П III. ЭКСПЕРИМЕНТ ПЛАН МОДЕЛИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ Э Т А П IV. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ РЕЗУЛЬТАТЫ СООТВЕТСТВУЮТ ЦЕЛИ РЕЗУЛЬТАТЫ НЕ СООТВЕТСТВУЮТ ЦЕЛИ Моделирование как метод познания Модель позволяет научиться правильно управлять объектом посредством апробации различных вариантов управления на модели этого объекта. Моделированием называется как процесс построения модели, так и процесс изучения строения и свойств оригинала с помощью построенной модели. Материальным (предметным, физическим) принято называть моделирование, при котором реальному объекту сопоставляется его увеличенная или уменьшенная копия, допускающая исследование (как правило, в лабораторных условиях) с помощью последующего перенесения свойств изучаемых процессов и явлений с модели на объект на основе теории подобия. Примеры: в астрономии – планетарий, в архитектуре – макеты зданий, в самолётостроении – модели летательных аппаратов. Формализация Прежде, чем построить модель объекта (явления, процесса), необходимо выделить составляющие элементы этого объекта и связи между ними (провести системный анализ) и «перевести» (отобразить) полученную структуру в какую-либо заранее определённую форму – формализовать информацию. Формализация – это процесс выделения внутренней структуры предмета, явления или процесса и перевода её в определённую информационную структуру – форму. Моделирование любой системы невозможно без предварительной формализации. Моделирование в науке и технике В 1870 г. английское Адмиралтейство спустило на воду новый броненосец «Кэптен». Корабль вышел в море и перевернулся. Погиб корабль, погибли более 500 человек. Это было совершенно неожиданно для всех. Для всех, кроме одного человека. Им был английский ученыйкораблестроитель Эдвард Рид, который предварительно провёл исследования на модели броненосца и установил, что корабль опрокинется даже при небольшом волнении. Но учёному, проделывающему какие-то «несерьёзные» опыты с «игрушкой», не поверили лорды из Адмиралтейства. И случилось непоправимое. Моделирование химических процессов Известный химик XVIII в. Антуан Лавуазье, изучая процесс горения, моделировал его с различными веществами, которые нагревал и взвешивал до и после опыта. При этом выяснилось, что некоторые вещества после нагревания становятся тяжелее. Лавуазье предположил, что к этим веществам в процессе нагревания что-то добавляется. Так моделирование и последующий анализ результатов привели к определению нового вещества – кислорода. Моделирование в архитектуре Ни один из видов искусств так тесно не связан с моделированием, как архитектура. Строительство железобетонных покрытий требует опалубки, удерживающей жидкий бетон. Опалубку же удобнее всего делать из прямых досок. Простейшие поверхности, образованные движением прямой в пространстве и называемые линейчатыми поверхностями – цилиндры и конусы, – были известны давно. Но математике известны и другие подобные поверхности. Идея использования линейчатого свойства однополостного гиперболоида принадлежит известному русскому инженеру, почетному академику Владимиру Григорьевичу Шухову (18531939). Шаболовская радиобашня в Москве построена по проекту В.Г. Шухова. Она состоит из нескольких поставленных друг на друга частей однополостных гиперболоидов. Выводы Моделирование и формализация – важный этап в создании и исследовании различных объектов и процессов. Например, моделирование процессов горения с различными веществами привело к открытию кислорода Игнорирование результатов исследования на модели броненосца «Кэптен» привело к его катастрофе и гибели людей Результаты исследования математиками линейчатых поверхностей позволили В.Г. Шухову смоделировать, а затем построить по его проекту Шаболовскую радиобашню в Москве. Список использованных материалов Материалы на печатной основе 1. Н.Д. Угринович. Информатика и информационные технологии / Учебник для 10-11 классов. - М.: "Бином. Лаборатория знаний", 2005. 2. Н.Д. Угринович. Информатика и ИКТ. Базовый курс / Учебник для 9 класса. - М.: "Бином. Лаборатория знаний", 2005. 3. О.К. Мясникова. "Моделирование и формализация в курсе информатики", журнал "Информатика и образование", 2003 г. №№ 9-12, 2004 г. № 1 Цифровые образовательные ресурсы 1. CD Intel Обучение для будущего Основной курс Версия 8.0 2. CD Н.Д. Угринович Информатика и информационные технологии Интернет-ресурсы http://festival.1september.ru/2004_2005/index.php?numb_artic=214429 http://festival.1september.ru/2004_2005/index.php?numb_artic=213224 http://festival.1september.ru/2004_2005/index.php?numb_artic=212416 http://festival.1september.ru/2004_2005/index.php?numb_artic=212855 http://festival.1september.ru/2003_2004/index.php?member=100283 http://festival.1september.ru/2004_2005/index.php?numb_artic=214161
