Modelování a formalizace. Přednáška: Modely objektů a jejich účel Modely slouží k reprezentaci hmotného objektu

4. Modelování a formalizace(9 buněk).

4.1 Modely a simulace

Člověk se snaží poznat objekty okolního světa, interaguje s existujícími objekty a vytváří objekty nové.

Jednou z metod poznávání předmětů okolního světa je modelování, spočívající ve vytváření a studiu „zástupců“ skutečných objektů. Říká se "náhradní objekt". Modelka a původní objekt je prototyp nebo originál.

Modelka je objekt, který má nějaký vlastnosti jiného objektu ( originál) a místo toho se používá.

Například v konverzaci nahrazujeme skutečné předměty jejich jmény, okenáři používají figurínu - model lidské postavy, designéři staví modely letadel a aut a architekti - modely budov, mostů a parků. Model je jakákoli vizuální pomůcka používaná ve školních hodinách: zeměkoule, model, mapa, diagram, tabulka atd.

Co lze modelovat?

Můžete stavět modely objektů. například ,

Zmenšené kopie budov, lodí, letadel, ...

Modely jádra atomu, krystalové mřížky

Plány

Můžete vytvářet procesní modely. například ,

Měnící se podmínky prostředí

Ekonomické modely

Historické modely

Můžete vytvářet modely jevů. například ,

Zemětřesení

Zatmění Slunce

Lidé používají modely k:

Reprezentace hmotných objektů (nákres zástavby obytné čtvrti v architektově dílně);

Vysvětlení známých skutečností (model lidské kostry v učebně biologie);

Testování hypotéz a získávání nových poznatků o studovaných objektech (letový model letadla nové konstrukce v aerodynamickém tunelu);

Předpovědi (fotografie pořízené z vesmíru o pohybu vzdušných mas);

vedení (jízdní řád vlaků) atd.

Model není důležitý sám o sobě, ale jako nástroj, který usnadňuje poznání nebo vizuální reprezentaci objektu. Modelování je proces vytváření a používání modelů ke studiu originálů.

Kdy použít simulaci:

originál neexistuje

Starověký Egypt

Následky jaderné války

zkoumání originálu je život ohrožující nebo drahé:

Testování nového skafandru pro astronauty

Vývoj nového letadla nebo lodi

originál je těžké přímo prozkoumat:

Sluneční soustava, galaxie (velké velikosti)

Atom, neutron (malé velikosti)

Procesy ve spalovacím motoru (velmi rychlé)

Geologické jevy (velmi pomalé)

zajímavé jsou pouze některé vlastnosti originálu

Zkouška nátěru trupu letadla

Čím více atributů objektu model odráží, tím je úplnější. Není možné v modelu odrážet všechny vlastnosti objektu - originálu, a není to nutné. Vlastnosti objektu - jsou určeny originály, které je nutné v modelu reprodukovat modelovací účel- účel budoucího modelu. Tyto vlastnosti jsou pro tento model podstatné z hlediska účelu modelování.

Cíle modelování

studium originálu studium podstaty předmětu nebo jevu

analýza („co se stane, když…“) naučit se předvídat důsledky různých vlivů na originál

syntéza („jak vyrobit...“) naučit se řídit originál jeho ovlivňováním

optimalizace („jak to udělat lépe“) výběr nejlepšího řešení za daných podmínek

Co mají všechny modely společného? Jaké mají vlastnosti?

Za prvé, model není přesnou kopií původního objektu: odráží pouze část jeho vlastností, vztahů a chování. Můžete si například obléknout oblek na figurínu, ale nemůžete s ním mluvit. Model auta může být bez motoru, zatímco model domu může být bez elektrického vedení a potrubí.

Za druhé, protože jakýkoli model vždy odráží pouze část vlastností originálu, je možné vytvářet a používat různé modely stejného objektu. Například: míč může reprodukovat pouze jednu vlastnost Země - její tvar; obyčejná zeměkoule navíc odráží polohu kontinentů; a zeměkoule, která je součástí současného modelu sluneční soustavy, je také trajektorií Země kolem Slunce. Originál může odpovídat několika různým modelům a naopak!

Čím více atributů objektu model odráží, tím je úplnější. Promítnout do modelu všechny vlastnosti původního objektu však není možné a většinou to ani není nutné. Koneckonců, při vytváření modelu člověk zpravidla sleduje velmi specifické účel a snaží se co nejúplněji odrážet pouze ty vlastnosti objektů, které se mu zdají důležité, významný k uskutečnění tohoto cíle. Pokud je například model letadla vytvořen do sbírky, pak reprodukuje vzhled letadla, nikoli jeho letové vlastnosti.

Požadavky na model závisí na účelu modelování: jaké vlastnosti původního objektu by měl odrážet. Typ modelu je určen cíli modelování.

Rysy originálu můžete v modelu odrážet jedním ze dvou způsobů. Povaha modelů může být dvojího druhu. Za prvé, hmotné (přírodní, fyzikální, objektové) modely. Kopírují, reprodukují znaky originálu. Příklady modelů v plném měřítku jsou figuríny a modely - zmenšené nebo zvětšené kopie, které reprodukují vzhled modelovaného objektu (zeměkoule), jeho strukturu (model sluneční soustavy) nebo chování (rádiově řízený model auta).

Za druhé, informační modely - popis vlastností originálu v jednom z jazyků kódování informací (ve formě slovního popisu, vzorců, diagramů nebo nákresů).

Informatika uvažuje o konstrukci informačních modelů pomocí výpočetní techniky. Informačně kultivovaný člověk by měl být schopen budovat různé informační modely, a to jak s pomocí počítače, tak i bez něj.

4.2 Klasifikace modelů

Existuje mnoho možností klasifikace informačních modelů. Podívejme se na některé z nich.

Když vezmeme klasifikaci předmětová oblast, pak lze rozlišit modely fyzikální, ekologické, ekonomické, sociologické a další.

V závislosti na účtu časový faktor rozlišovat mezi dynamickými (mění se v čase) a statickými (neměnící se v čase) modely.

Modelky podle oblasti použití existují výcvikové (včetně simulátorů), experimentální - při vytváření nových technických prostředků, vědecké a technické.

Záleží na prezentační formuláře informace o modelujícím objektu, existují znakové, figurativní a smíšené (figurativní-znakové) typy informačních modelů.

Modelky podle struktury existují

Tabulkové modely (shoda párů)

existuje speciální typy modelů. Tyto zahrnují:

- imitace- nelze předem vypočítat nebo předvídat chování systému, ale je možné simulovat jeho reakci na vnější vlivy. Úkolem je najít nejlepší řešení metoda
pokus omyl(více experimentů)

Příklady : testy léků na myších, opicích, … modely procesu učení

- hraní her- zohlednění akcí nepřítele. Úkolem je najít nejlepší postup v
nejhorší případ.

Příklady : modely ekonomických situací; modely vojenských operací; sportovní hry; školení zaměstnanců

4.3 Informační modely

Původní objekt lze nahradit sadou jeho vlastností: jmen (hodnot) a hodnot. Zavolá se soubor vlastností obsahující všechny potřebné informace o studovaných objektech a procesech informační model.

Například informační model venkovského domu je karta z katalogu, podle které si zákazník stavební firmy může vybrat vhodný projekt. Každá karta v katalogu obsahuje tabulku s názvy (hodnotami) vlastností domu a hodnotami těchto vlastností.

Všechny názvy vlastností v informačních modelech jsou vždy symbolické prvky, protože název lze vyjádřit pouze v symbolech. Ale hodnoty veličin mohou nést znaménkové i obrazové informace. Například hodnota veličiny „vzhled“ může být vyjádřena figurativním prvkem (nákres) a hodnoty zbývajících veličin jsou vyjádřeny pomocí znaků (čísla, slova, čárky). Figurálním prvkem informačního modelu může být nejen kresba nebo fotografie, ale také trojrozměrný layout nebo videozáznam. Musí však být možné spojit tento prvek s charakteristikou konkrétního objektu. Například v řádku "Vzhled" v katalogu domů může být uveden kód rozvržení. A aby samotné layouty byly prvky informačního modelu a ne ozdobou, je potřeba je opatřit štítky se šiframi.

Informační modely představují objekty a procesy v obrazové nebo symbolické podobě. Podle způsobu prezentace se rozlišují tyto typy informačních modelů:

Figurativní modely (kresby, fotografie atd.) jsou vizuální obrazy předmětů upevněné na jakémkoli nosiči informace (papír, fotografie a film atd.). Řadu informací poskytují specialistům satelitní snímky zemského povrchu.

Znakové informační modely jsou vytvářeny pomocí různých přirozených a formálních jazyků (znakových systémů). Informační model znaku může být reprezentován ve formě textu v přirozeném jazyce nebo programu v programovacím jazyce, vzorce (například oblast obdélníku S = Ab) atd.

Smíšené informační modely kombinují figurativní a symbolické prvky. Příkladem smíšených informačních modelů jsou geografické mapy, grafy, grafy atd. Všechny tyto modely využívají současně jak grafické prvky, tak znaky.

4.4 Etapy budování informačního modelu

Jakýkoli model je postaven tak, aby vyřešil nějaký problém. Konstrukce informačního modelu začíná analýzou podmínek této úlohy, vyjádřené v přirozeném jazyce (obr. 2.2).

Na základě analýzy stavu problému je určen předmět modelování a účel modelování.

Po určení účelu modelování v objektu modelování se rozlišují vlastnosti, hlavní části a vztahy mezi nimi, které jsou podstatné z hlediska tohoto konkrétního cíle. V tomto případě by mělo být jasně definováno, co je dáno (jaká výchozí data jsou známa, jaká data jsou přijatelná) a co je třeba v řešeném problému najít. Rovněž by měly být uvedeny vztahy mezi vstupními údaji a výsledky.

Dalším krokem při budování informačního modelu je formalizace - prezentace identifikovaných vztahů a identifikovaných podstatných znaků modelovacího objektu v nějaké formě (slovní popis, tabulka, obrázek, diagram, kresba, vzorec, algoritmus, počítačový program atd.) .

Formalizace- jedná se o nahrazení skutečného předmětu jeho formálním popisem, tedy jeho informačním modelem.

Informační modely existují odděleně od modelovacích objektů a lze je zpracovávat nezávisle na nich. Po vybudování informačního modelu jej člověk použije místo původního objektu ke studiu tohoto objektu, k řešení úkolu.

4.5 Verbální modely.

Jedním z typů modelů informačních znaků jsou verbální modely. Slovní vzory- jedná se o popisy předmětů, jevů, událostí, procesů v přirozených jazycích. Říká se jim také textové modely. Například heliocentrický model světa navržený Koperníkem byl slovně popsán takto:

Země se otáčí kolem své osy a kolem Slunce:

Všechny planety obíhají kolem Slunce.

Verbální model se skládá ze samostatných prvků – slov, vzájemně významově propojených. Slova se zase skládají z prvků – písmen, vzájemně propojených pravopisnými pravidly. Slova jsou podsystémy pro text a supersystémy pro písmena. Text jako celek je vzorem – popisem originálu. Může odrážet různé vlastnosti popisovaného objektu. Kvalita verbálního informačního modelu závisí na správném pravopisu slov, přesnosti jejich výběru, správném spojení slov do vět a pořadí slov a vět v textu.

Verbální modely mohou popisovat situace, události, procesy. Mnoho verbálních modelů je obsaženo ve školních učebnicích, encyklopediích. Při komunikaci používáme slovní popisy (v dopisech, při mluvení...) K sestavení těchto modelů používáme obvyklý mluvený jazyk, na který jsme zvyklí.

Existují některé rysy mluvených jazyků:

Polysémie, synonymie, homonymie - stejné slovo může mít několik významů, několik slov může mít stejný význam, stejný význam.

Slova lze použít doslovně i obrazně.

Tyto rysy činí lidskou řeč výraznou, barevnou, emocionální. Jejich přítomnost však znemožňuje použití mluveného jazyka v mnoha vědách při vytváření verbálních (znakových) informačních modelů pro exaktní vědy. Matematika, chemie, informatika a další vědy si na základě mluveného jazyka vytvářejí svůj vlastní formalizovaný vědecký jazyk obsahující mnoho pojmů (slov, která jsou pro tuto vědu jedinečná). Formalizovaný znamená nemít polysémii, synonyma, homonyma. Ve formalizovaném jazyce má každé slovo přesně jeden význam a význam.

Slovní popisy jsou velmi rozmanité, lze je provádět různými styly. V první řadě jsou to styly konverzační a knižní. Knižní styl má tyto odrůdy: vědecký, úřední obchodní, žurnalistický, umělecký.

K předávání přesných vědeckých informací se používá vědecký styl. Nejdůležitější vlastnosti vědeckého stylu jsou důslednost a jasnost prezentace. V textech naučného stylu se vyskytuje velké množství slov-profesionality, termíny.

Umělecký styl je styl uměleckého díla. Jeho hlavním účelem je působit na čtenáře nebo posluchače pomocí obrazných jazykových prostředků (přirovnání, metafory, epiteta atd.)

Při přípravě dokumentů se používá oficiální obchodní styl.

Publicistický styl se používá při psaní článků, poznámek do časopisů a novin.

Práce s verbálními informačními modely (historickými, biologickými, geografickými, uměleckými a jinými popisnými texty) vyžaduje promyšlený postoj ke čtenému. Čím lépe je text navržen, tím lépe je formátován, tím snáze se čte a analyzuje.

Fiktivní díla jsou také modely, protože upírají čtenářovu pozornost na určité aspekty lidského života. Při analýze literárního díla vyčleňujete předměty a jejich vlastnosti v něm, vztahy mezi postavami, souvislosti mezi událostmi, kreslíte paralely s jinými díly atd. S pojmem předloha nejvíce souvisí takový literární žánr, jako je bajka. Smyslem tohoto žánru je přenést vztahy mezi lidmi na vztahy mezi fiktivními postavami, jako jsou zvířata.

4.6 Matematické modely

Hlavním jazykem informačního modelování ve vědě je jazyk matematiky. Informační modely sestavené pomocí matematických pojmů a vzorců se nazývají matematické modely.

Příklad 1. Na Obr. 2.3 ukazuje geometrický model důkazu Pythagorovy věty. Je to tak jednoduché, že důkaz rovnosti c2 = a2 + b2 je zřejmý.

Mezinárodní soutěže o jejich výsledcích:

1) První místo obsadí sportovec z Číny a sportovec z Ukrajiny bude třetí.

2) Ukrajina bude na posledním místě a Německo - na předposledním.

3) Německo bude určitě čtvrté a Čína první místo.

4) Rusko bude první a Itálie na druhém místě.

5) Ne, Itálie bude pátá a Německo vyhraje.

Na konci soutěže se ukázalo, že každý odborník měl pravdu pouze v jednom výroku. Jaká místa v soutěži obsadili účastníci?

Člověk se snaží poznat objekty okolního světa, interaguje s existujícími objekty a vytváří objekty nové.

Jednou z metod poznávání předmětů okolního světa je modelování, spočívající ve vytváření a studiu „zástupců“ skutečných objektů. „Náhradní objekt“ se obvykle nazývá model a původní objekt se nazývá prototyp nebo originál.

Model není důležitý sám o sobě, ale jako nástroj, který usnadňuje poznání nebo vizuální reprezentaci objektu.

K tvorbě modelů se přistupuje, když je studovaný objekt příliš velký (model sluneční soustavy) nebo příliš malý (model atomu), když proces probíhá velmi rychle (model spalovacího motoru) nebo velmi pomalu ( geologický model), kdy studium objektu může být nebezpečné pro ostatní (model atomového výbuchu), vést k jeho zničení (model letadla) nebo je vytvoření skutečného objektu velmi nákladné (architektonický model města) atd.

Co mají všechny modely společného? Jaké mají vlastnosti?

Za prvé, model není přesnou kopií původního objektu: odráží pouze část jeho vlastností, vztahů a chování. Můžete si například obléknout oblek na figurínu, ale nemůžete s ním mluvit. Model auta může být bez motoru a model domu může být bez elektrického vedení a vodovodního potrubí.

Čím více atributů objektu model odráží, tím je úplnější. Promítnout do modelu všechny vlastnosti původního objektu však není možné a většinou to ani není nutné. Koneckonců, při vytváření modelu člověk zpravidla sleduje velmi konkrétní cíl a snaží se co nejúplněji odrážet pouze ty vlastnosti objektů, které se mu zdají důležité, podstatné pro realizaci tohoto cíle. Pokud je například model letadla vytvořen do sbírky, pak reprodukuje vzhled letadla, nikoli jeho letové vlastnosti.

Požadavky na model závisí na účelu modelování: jaké vlastnosti původního objektu by měl odrážet.

Rysy originálu můžete v modelu odrážet jedním ze dvou způsobů.

Za prvé, znaky lze kopírovat, reprodukovat. Takový model se nazývá přírodní (materiál). Příklady modelů v plném měřítku jsou figuríny a modely - zmenšené nebo zvětšené kopie, které reprodukují vzhled modelovaného objektu (zeměkoule), jeho strukturu (model sluneční soustavy) nebo chování (rádiově řízený model auta).

Za druhé, vlastnosti originálu lze popsat v jednom z jazyků kódování informací - uveďte slovní popis, uveďte vzorec, diagram nebo kresbu. Takový model se nazývá informační.

Lidé používají modely k:

Znázornění hmotných objektů (nákres zástavby obytné čtvrti v dílně architekta);

Vysvětlení známých skutečností (model lidské kostry v učebně biologie);

testování hypotéz a získávání nových poznatků o studovaných objektech (letový model letadla nové konstrukce v aerodynamickém tunelu);

Předpovědi (fotografie pořízené z vesmíru o pohybu vzdušných mas);

vedení (jízdní řád vlaků) atd.

i Stručně o tom hlavním

Model je objekt, který se používá jako „náhrada“, zástupce jiného objektu (originálu) pro určitý účel. Model není přesnou kopií původního objektu: odráží pouze část jeho vlastností, vztahů a chování. Můžete vytvářet a používat různé modely stejného objektu. Proces vytváření a používání modelu se nazývá modelování.

Rozlišujte přírodní a informační modely. Modely v plném měřítku - skutečné objekty, ve zmenšené nebo zvětšené podobě, reprodukující vzhled, strukturu nebo chování objektu modelování. Informační modely jsou popisy původního objektu v jazycích pro kódování informací. Modely člověk používá k: reprezentaci hmotných objektů, vysvětlování známých skutečností, získávání nových znalostí o zkoumaných objektech, předpovídání a řízení atd.

Otázky a úkoly

1. Jaký je model?

2. Vyjmenujte hlavní vlastnosti modelů.

3. Co je simulace?

4. Jak můžete nazvat vztah mezi původním objektem a jeho modelem?

5. Jaké modely se nazývají plnohodnotné? Uveďte 2-3 příklady modelů v plném měřítku.

6. Jaké modely se nazývají informační? Uveďte 2-3 příklady informačních modelů.

7. U každého z uvedených modelů pojmenujte akce, které může osoba provádět jak s ním, tak s původním objektem:

rádiem řízený model letadla;

slovní popis bundy;

plán bytu

konvička z plastelíny v životní velikosti;

mentální obraz budoucí cesty.

Jaké akce lze provádět pouze s originálem?

8. V jaké situaci mohou být umělé květiny a falešné plody použity jako „náhradní“ modely za skutečné květiny a ovoce? Jaké vlastnosti a vztahy objektů tyto modely odrážejí a které ne?

9. Uveďte příklady použití modelů pro:

a) prezentace hmotných předmětů;

b) vysvětlení známých skutečností;

c) testování hypotéz a získávání nových znalostí o studovaných objektech;

d) prognózování;

e) řízení.

§ 2.2. Informační modely

Původní objekt lze nahradit sadou jeho vlastností: jmen (hodnot) a hodnot. Soubor vlastností obsahující všechny potřebné informace o studovaných objektech a procesech se nazývá informační model.

V tabulce. 2.1 je uveden příklad informačního modelu venkovského domu - karta z katalogu, podle které si zákazník stavební firmy může vybrat vhodný projekt. Každá karta v katalogu obsahuje názvy (hodnoty) vlastností domu (vlevo) a hodnoty těchto vlastností (vpravo).

Tabulka 2.1

Všechny názvy vlastností v informačních modelech jsou vždy symbolické prvky, protože název lze vyjádřit pouze symboly. Ale hodnoty veličin mohou nést znaménkové i obrazové informace. Například v tabulce. 2.1 hodnota veličiny „vzhled“ je vyjádřena obrazovým prvkem (nákres) a hodnoty zbývajících veličin jsou vyjádřeny pomocí znaků (čísla, slova, čárky).

Figurálním prvkem informačního modelu může být nejen kresba nebo fotografie, ale také trojrozměrný layout nebo videozáznam. Musí však být možné spojit tento prvek s charakteristikou konkrétního objektu. Například v řádku "Vzhled" v katalogu domů může být uveden kód rozvržení. A aby samotné layouty byly prvky informačního modelu a ne ozdobou, je potřeba je opatřit štítky se šiframi.

Informační modely představují objekty a procesy v obrazové nebo symbolické podobě. Podle způsobu prezentace se rozlišují tyto typy informačních modelů - obr. 2.1.

Jaké příklady informačních modelů lze uvést pro vzdělávací instituce? Jak je mohou pedagogové využít ve své práci? Pokusme se společně najít odpovědi na položené otázky.

Co je to model

Co jsou ikonické informační modely? Jejich příklady využívají ve své práci všichni učitelé vlastnící moderní informační technologie. Obecně je model odlišným způsobem reprezentace analyzované reality.

Odrůdy

Je možné uvést příklady informačních modelů věcného a ideálního typu.

Plnohodnotné varianty vycházejí z objektivního příkladu, existují nezávisle na člověku, jeho vědomí. V současné době se dělí na fyzické a analogové verze, které vycházejí z jevů spojených se studovaným předmětem.

Ideální modely jsou spojeny s lidským myšlením, jeho vnímáním, představivostí. Mezi nimi lze zaznamenat intuitivní, které nezapadají do žádné možnosti klasifikace.

Na příkladech obrazového informačního modelu lze zmínit jeden z takových modelů. Podívejme se blíže na jejich klasifikaci.

Text ideální modely

Verbální modely využívají učitelé humanitního cyklu. Pomáhají popsat určitou oblast, jev, předmět, událost v po sobě jdoucích větách. Jak by takový informační model lekce vypadal? Vezměme si příklad z kurzu literatury. Při studiu románu L. N. Tolstého „Válka a mír“ učitel popisuje obraz Nataši Rostové. K tomu používá textový model. Děti, naslouchající učiteli, si na základě jeho vnímání obrazu této hrdinky vytvářejí vlastní obraz hrdinky Tolstého.

Pokud učitel dějepisu požádá své žáky: „Uveďte příklady obrazového informačního modelu událostí, ke kterým došlo během bitvy u Kulikova, na základě zhlédnutých fragmentů,“ chlapci si vytvoří svůj vlastní obraz této bitvy. Předávají to ve formě vět spojených do příběhu.

Můžete uvést příklady informačních modelů verbální formy a z kurzu fyziky. Při probírání tématu „Tlak pevných látek“ v sedmé třídě učitelka dětem vypráví, jak obtížné je pohybovat se na sypkém sněhu bez lyží. Poté jsou studenti požádáni, aby vysvětlili důvod takového jevu, identifikovali parametry, na kterých závisí studovaná fyzikální veličina. Obraz, který se dětem po příběhu učitele vybaví v myslích, jim pomáhá odpovědět na položenou otázku.

Jako příklady takového modelu lze uvést učebnici, pravidla silničního provozu.

Matematické modely

Jsou považovány za širokou třídu ikonických modelů. Matematické modely jsou založeny na použití poměrů, srovnání a dalších metod používaných v této vědě. Na příkladech informačních modelů založených na matematických metodách lze zmínit řešení kvadratických rovnic, sestavení proporcí. Všechny úseky geometrie, zahrnující odvozování a dokazování teorémů, jsou také spojeny s konstrukcí matematického modelu. Bez nich ne, a takový školní předmět jako ekonomie.

Informační modely

Jsou považovány za třídu ikonických modelů, které popisují jakékoli informační procesy: vznik, přenos, změna, aplikace informací v různých systémech. Příklady tabulkových informačních modelů ve škole najdete v předmětu zeměpis pro 10. ročník. Při studiu ekonomické geografie pomáhá tabulkový model vizuálně vidět hlavní charakteristiky země, použít materiál k sestavení kompletního příběhu.

Navíc příklady tabulkových informačních modelů lze nalézt v každém školním kurzu. V chemii je to tabulka rozpustnosti sloučenin a také periodický systém Mendělejeva. Ve fyzice bez tabulek je pro učitele obtížné vysvětlit základní pojmy probírané v tématu „Elektřina“. V historii se s jejich pomocí znalosti systematizují, kluci do jednoho sloupce zapisují důležitá historická data a do druhého popisují události, které jim odpovídají.

Vztah modelů

Mezi informačními, matematickými a verbálními modely existuje podmíněná linie. Všechny 3 příklady informačních modelů se nacházejí ve školních oborech. Takže pro matematiku, fyziku, informatiku jsou matematické a informační možnosti považovány za nejoblíbenější. Ale bez verbálního modelu nebudou kluci schopni vysvětlit jevy, algoritmy, rovnice a nerovnice.

Funkce simulace

Než zvážíme příklady grafických informačních modelů, pojďme zjistit vlastnosti modelování. Model je uměle vytvořený objekt. To je nezbytné pro zjednodušení představy o skutečném předmětu nebo jevu. Model plně odráží všechny vlastnosti původního procesu samotného. Pokud je zadán úkol: „Uveďte příklad informačního modelu“, musíte pochopit podstatu procesu.

Hovoříme o budování modelu, který je určen ke studiu informačních jevů a procesů. V informatice lze za takový předmět považovat programování. Pomocí určitého matematického programovacího jazyka je možné prezentovat textový materiál v grafické podobě.

Modelování zahrnuje konstrukci modelu, který je určen ke studiu a studiu původního objektu, jevu, procesu. Vytvořená kopie je obdařena pouze těmi kvalitami a vlastnostmi, které jsou charakteristické pro původní objekt, ale umožňují určité odchylky od ideálu.

Aktivní přístup

Plnohodnotné modely lze získat pomocí systematického přístupu. To platí zejména ve vzdělávacích institucích. Proměny, které školy v posledních letech postihly, umožnily logické propojení jednotlivých oborů.

Taková možnost činnostního učení přispívá k formování harmonicky rozvinuté osobnosti, která chápe jednotu živého světa, provázanost jednotlivých procesů a jevů.

Pokud se učitelé zeptají: „Uveďte příklad informačního modelu,“ může si bezpečně vybrat jakýkoli akademický předmět. Neexistuje disciplína, ve které by se nepoužívaly tabulky, grafy, diagramy, prezentace.

Vlastnosti moderní školy

Nové standardy, které byly zavedeny do ruských škol, zahrnují zvažování stejného fenoménu z různých úhlů pohledu. Děti se například z kurzu fyziky dozvědí, že elektrony jsou nezbytné pro tok elektrického proudu v kovech. Dostávají informace o náboji této negativní částice, určující jejich počet v různých kovech. V hodinách chemie se školákům vypráví o pravděpodobnosti umístění elektronů na energetických hladinách.

Při studiu tématu „Oxidačně-redukční reakce“ získávají školáci informace o tom, co se s těmito negativními částicemi děje při chemické interakci. Navzdory skutečnosti, že informace jsou poskytovány z různých pozic, mluvíme o jednom objektu - elektronech. Takový systematický přístup umožňuje vytvořit si v myslích školáků ucelený obraz o struktuře hmoty, jejích proměnách.

Ve výše uvedeném příkladu je studovaný objekt považován za úplný systém, integrální součást jediného celku (látky). V závislosti na akademické disciplíně se používají určité charakteristiky a doplňky. V případě systematického přístupu se do popředí nedostávají kauzální vysvětlení existence objektu, ale potřeba zahrnout z něj další složky.

Formování univerzálních modelů nabývá zvláštního významu při experimentální činnosti. Pomocí osobního počítače můžete vypočítat parametry, které budou spojeny s analyzovaným objektem.

Takové modelování je důležité pro vědecké poznání přírodních jevů. Ve školním kurzu informatiky se takové akce nazývají výpočetní experiment, který je založen na třech důležitých konceptech: modelu, algoritmu a programu.

Používání osobního počítače ve škole je možné ve třech hlavních možnostech:

provádění přímých výpočtů pomocí PC;
vytvoření databáze, její přeměna na program nebo specifický algoritmus;
udržování rozhraní mezi počítačem a studentem.

Vlastnosti modelu

Mezi nejčastější vlastnosti, podle kterých je možné klasifikovat všechny modely, vyčleňujeme: účel použití, rozsah znalostí, časový faktor a možnost prezentace.

Podle cíle stanoveného pro model se rozlišují experimentální, výukové, herní, simulační, vědecké a technické verze modelů. Takže například na prvním stupni školního vzdělávání jsou nejpoužitelnější a nejvýznamnější herní technologie, které dětem umožňují cítit se jako učitel, lékař, policista. Herní modely u dětí ve věku od sedmi do osmi let jsou dobře tvarované, protože v předškolních vzdělávacích institucích se používají jako nepostradatelný prvek při utváření osobních vlastností dítěte.

Odrůdy modelů

V závislosti na oblasti znalostí, pro kterou je model sestavován, se v současnosti rozlišují typy ekonomické, biologické, sociologické a chemické. Například pro přírodovědný cyklus je důležité vytvořit model, který by umožnil vysvětlit jevy vyskytující se v živé i neživé přírodě. V sociologii je kladen důraz na procesy probíhající ve společnosti.

Podle časového faktoru se rozlišují statické a dynamické varianty modelů. Statická volba charakterizuje parametry a strukturu objektu, umožňuje popsat vybraný jev (objekt) v konkrétním časovém úseku, pomáhá získat o něm spolehlivé a včasné informace.

Každý model má specifickou formu, typ, možnost prezentace, popis. Škola by měla ve větší míře zvažovat materiální a nemateriální modely v závislosti na specifikách akademické disciplíny.

Materiálové modely předpokládají reálné provedení, plně opakují vnitřní nebo vnější strukturu samotného objektu. Například v geografii je takovým zmenšeným modelem model zeměkoule (zeměkoule), na kterém jsou zakreslena všechna moře a oceány, kontinenty a ostrovy. Tyto modely přímo souvisejí s výzkumným přístupem k výuce moderních školáků. Jsou nezbytné při výuce chemie, fyziky, biologie, astronomie, zeměpisu.

Nemateriální modelování zahrnuje použití teoretické metody poznání.

Závěr

Jakýkoli informační model je souhrn informací o jevu, objektu, procesu. S jeho pomocí můžete charakterizovat jakýkoli proces, který se vyskytuje v živé i neživé přírodě. Pozitivní výsledek dávají různé grafy, mapy, tabulky, diagramy, které učitelé na všech stupních vzdělávání aktivně využívají.

Intuitivní (mentální) modelování přispívá k vytvoření prvního dojmu z procesu probíhajícího v chemii nebo biologii. Díky kombinaci všech možností informačních modelů tvoří mladší generace naší země adekvátní hodnocení jednoty živého a neživého světa. Absolventi školy mohou samostatně stavět libovolné modely, používat je ke studiu, analýze, hodnocení událostí a jevů.

1. Doplňte chybějící slova.

2. Pokračujte ve frázích.

a) Model- předmět, který se používá jako "náhrada", zástupce jiného předmětu (originálu) pro určitý účel.
b) Přírodní (materiálový) model
c) Informační model

3. Označte pravdivá tvrzení.

4. Proč je vhodné uchýlit se v prezentovaných situacích k modelování?

5. Určete, které z následujících modelů jsou informační a které přirozené (spojte šipkami).

6. Ke každému z daných modelů zapište akci, kterou lze provést jak s ním, tak s původním objektem, a také akci, kterou s modelem provést nelze.

7. Popište příklady použití modelů pro:

8. Pozorně si přečtěte text článku 2.1 „Modely objektů a jejich účel“. S jakou metodou porozumění světu kolem vás se setkal? Popište to.

9. Zadejte informační modely.

10. Určete dvojice objektů, o kterých lze říci, že jsou ve vztahu "Objekt - Model".

11. Doplňte schéma variet informačních modelů.

12. Uveďte příklady:
a) obrazový informační model - kresby, kresby
b) informační model znaku - slovní popis, vzorce
c) smíšený informační model - tabulky, grafy, diagramy, diagramy (mapy, grafy, vývojové diagramy)

13. Setkali jste se s informačními modely v běžném životě. Uveďte příklad.
Tabulky se vzorci, s fyzikálními charakteristikami.
Rozvrh lekcí.
Různé grafy.
Vzorce v matematice, fyzice.
Výkresy různých mechanismů.
Fotografie, ilustrace v učebnicích a na plakátech.

14. Pozorně si přečtěte text odstavce 2.2 „Informační modely“. Vytvořte si plán na převyprávění tohoto odstavce

15. Použijte učebnici dějepisu a uveďte příklad verbálního modelu historické události.
Důsledky událostí 13. století:
události tohoto století znamenaly začátek obrany ruských zemí před zeměmi západní Evropy;
Jho Zlaté hordy způsobilo obrovské škody ekonomickému, politickému a kulturnímu rozvoji Ruska.

16. Použijte učebnici zeměpisu a uveďte příklad verbálního modelu geografického útvaru nebo přírodního procesu.
Oceán je hlavním správcem vody, která badatele odedávna udivuje svými neobvyklými vlastnostmi.
Voda prostupuje celým zeměpisným obalem a vykonává v něm nejrůznější práce.

17. Použijte učebnici biologie a uveďte příklad verbálního modelu objektu flóry nebo fauny.
Symbióza je vzájemně prospěšný vztah mezi dvěma organismy.

18. Uveďte příklady:

a) polysémantická slova: klíč (od zámku) - klíč (pružina), pero (na psaní) - klika (dveře), list
železo - list (stromu)
b) použití slov v přímém a přeneseném významu:
jarní počasí - jarní nálada, zlaté předměty - zlaté ruce, hračka pro děti - být hračkou v něčích rukou
c) synonymní slova: sklad - sklad, nemoc - nemoc, hroch - hroch, klíč - jaro, relaxace - relax, radost - zábava
d) slova - homonyma: klíč (od zámku) - klíč (jaro), kosa (vlas) - kosa (nářadí), luk (zbraň) - luk (rostlina)
e) slova - profesionalita:…víceméně industrializace, individualizace, postižená oblast, diferenciál, integrál, relaxace, motivace, ekonomický rozvoj.

19. a) Model jakých vztahů mezi lidmi je vybudován v bajce I. A. Krylova „Vlk a jehně“? Dejte řádky bajky, které podpoří váš nápad.
Před námi je příklad autoritářského stylu vztahu. Na jedné straně vlk jako zosobnění síly a na druhé straně beránek jako slabost. Řádky: „Vidí jehně, usiluje o kořist“ a „silný je vždy vinen za silného“ potvrzují naše úvahy.

b) Modely jakých charakterů lidí jsou postaveny v bajce I. A. Krylova „Vážka a mravenec“? Dejte řádky bajky, které podpoří váš nápad.
Do kontrastu se staví model nedbalého typu postavy (vážka) a pracovitého (mravenec). Řádky: „kdo chce mít v zimě plno“ a „zpíval jsi pořád? Tohle je ten případ: tak běž tančit!“

20. Přísloví, rčení, lidové výrazy jsou originální modely, které používáme v řeči, abychom jí dodali obraznost a emocionalitu. Přečtěte si příběhy o původu rčení a popište moderní situace, pro které slouží jako vzory.

21. Vymyslete a zapište sekvence.

22. Pozorně si přečtěte text odstavce 2.3 „Verbální informační modely“. Odpovězte písemně na otázku „Proč není přirozený jazyk vždy vhodný pro vytváření informačních modelů“?

23. Sestavte matematický model pro řešení úlohy.
Jedno balení obsahuje n keramických obkladů o rozměrech 33 cm x 33 cm.
Nechť X je požadovaný počet balíčků, pak:
X \u003d (axb) / (33x33) / n

24. Sestavte grafický model pro řešení problému.
Z bodu A do bodu F vede rovná silnice dlouhá 35 km. Autobusové zastávky jsou umístěny v bodech B, C, D, E. Je známo, že AC=12 km, BD=11 km, CE=12 km, DF=16 km. Najděte vzdálenost: AB, BC, CD, DE a EF.

25. Proč lze níže uvedený obrázek považovat za geometrický model vzorce

26. Zahradník má 22 metrů drátu, kterým chce na zemi vyznačit hranici budoucího záhonu. Musí si vybrat tvar květinového záhonu z následujících možností:

Velikost jedné buňky je 1 m x 1 m. Bude mít zahradník dostatek drátu na vyznačení hranice každého z prezentovaných záhonů?
1. vyžaduje 20 m, 2. -22 m, 3. - 22 m, 4. - 24 m.
→ nestačí pouze na 4. záhon.

27. Pozorně si přečtěte text odstavce 2.4 „Matematické modely“. Odpovězte písemně na otázku: „Proč je hlavním jazykem informačního modelování ve vědě jazyk matematiky, a nikoli přirozený jazyk?

28. Uveďte příklad tabulek, se kterými jste se setkali ve škole.

29. Uveďte příklad tabulky, se kterou jste se setkali v běžném životě.

30. Uveďte hlavní prvky struktury dobře vytvořené tabulky, označte místa obecných, horních a postranních nadpisů a také řádek, sloupec a buňku tabulky.

31. Napište základní pravidla pro návrh tabulek.
1. Název tabulek by měl dávat představu o informacích v ní obsažených.
2. Nadpisy grafů by měly být krátké, neobsahovat zbytečná slova a pokud možno zkratky.
3. V tabulce musí být uvedeny měrné jednotky. Pokud jsou společné pro celou tabulku, jsou uvedeny v záhlaví tabulky (buď v závorkách nebo oddělené čárkou za názvem). Pokud se jednotky měření liší, jsou uvedeny v záhlaví řádků nebo sloupců.
4. Je žádoucí, aby byly vyplněny všechny buňky tabulky. V případě potřeby zadají následující symboly:
? - údaje neznámé,
8-data nejsou možná,
↓-data musí být převzata z překrývající buňky.

32. Proveďte nezbytná doplnění diagramu.

33. Uveďte příklad tabulky jako "objekty - vlastnosti".

34. Uveďte příklad tabulky typu "objekty - objekty - jeden."

35. Uveďte příklad tabulky jako "objekty - objekty - několik."

36. Uveďte příklad tabulky jako "objekty - vlastnosti - objekty".

37. Pozorně si přečtěte text článku 2.5 „Tabulární informační modely“. Odpovězte písemně na otázku: Jaké jsou výhody a nevýhody tabulkových informačních modelů?

38. Pět přátel žije v malém městě: Ivanov, Petrov, Sidorov, Grishin a Alekseev. Jejich profese jsou různé: jeden je malíř, druhý mlynář, třetí truhlář, čtvrtý pošťák, pátý kadeřník. Petrov a Grishin nikdy nedrželi v ruce štětec. Ivanov a Grishin se všichni chystají navštívit mlýn, kde pracuje jejich přítel. Petrov a Ivanov bydlí ve stejném domě jako pošťák. Ivanov a Sidorov si každou neděli hrají na města s tesařem a malířem domů. Petrov sebral pro sebe a mlynáře lístky na fotbal. Určete povolání každého z přátel.

39. Studenti Pedagogického institutu uspořádali varietní kvarteto. Michael hraje na saxofon. Klavírista studuje na Geografické fakultě. Bubeník se nejmenuje Valery a student geografické fakulty se nejmenuje Leonid. Michail nestuduje historickou fakultu. Andrey není pianista ani biolog. Valery nestuduje fyzikální fakultu a bubeník nestuduje historickou fakultu. Leonid nehraje na kontrabas. Na jaký nástroj hraje Valery a na jaké fakultě studuje?

(reklamní)
40. Pozorně si přečtěte text odstavce 2.6 "Tabulkové řešení logických úloh." Popište třídu logických problémů, které lze pohodlně vyřešit pomocí tabulek.

41. Ministudie. Během týdne si do tabulky zaznamenávejte čas, který strávíte ve škole, děláte úkoly, pomáháte v domácnosti, jste aktivní, spíte a podobně.
Na vlastní pěst
Napište krátký text o tom, jak probíhá váš týden. Ohodnoťte, jak váš týden probíhá. Co byste chtěli změnit, aby byl čas využíván efektivněji?
Na vlastní pěst

42. Pozorně si přečtěte text odstavce 2.7 „Výpočetní tabulky“. Formulujte hlavní rys výpočtových tabulek.

43. Zvažte obecný pohled na aplikaci Microsoft Excel. Připojte štítky pomocí šipek k odpovídajícím prvkům okna, které znáte z práce s aplikací Microsoft Word.

44. Pozorně si přečtěte text odstavce 2.8. "Tabulky". Formulujte hlavní výhody, které zpracování informací pomocí tabulek poskytuje oproti ručnímu zpracování.

45. Celý měsíc pozorujte počasí ve vaší lokalitě. Výsledky pozorování zaznamenejte do tabulky.

46. Během týdne si do tabulky zaznamenejte, jak hospodaříte se svým volným časem: kolik času věnujete čtení knih, kolik sledování televize, kolik chatování s přáteli atd.
Na vlastní pěst

Analyzujte, jak využíváte svůj osobní čas. Napište o tom krátký text.
Na vlastní pěst

47. O prázdninách, víkendech a prázdninách má každý školák každoročně odpočinek. Ve všech zbývajících dnech se má student učit. V souladu s regulačními právními akty platnými na území Ruské federace se za nepracovní svátky považují: 1.-5. ledna, 7. ledna, 23. února, 8. března, 1. května, 9. května, 12. června, 4. listopadu. Připadne-li svátek na víkend, poskytuje se další den pracovního klidu.
V kalendáři 2007 označte všechny dny pracovního klidu (víkendy a svátky) červenou značkou, dny dovolené zelenou značkou.

Na vlastní pěst

48. Proveďte krátký průzkum mezi příbuznými, přáteli, známými nebo sousedy na následující otázky:
1) Co čtete (naučné nebo vědecké, populárně naučné, beletrii, lesklé časopisy a noviny)?
2) Kolik času denně strávíte čtením (až 30 minut, od 30 minut do 1 hodiny, více než 1 hodinu)?
Rozhovor alespoň 10 lidí. Prezentujte informace v tabulkách.
Na vlastní pěst

49. Výsledek náhlého dopadu jakéhokoli faktoru prostředí na lidské tělo se nazývá trauma.

Na základě diagramu představujícího strukturu dětských úrazů proveďte vhodný slovní popis. Podpořte to příklady z reálného života.
Podle statistik dětských úrazů za rok 2002 bylo zaznamenáno:
45 % - případy domácích,
36 % - ulice,
11 % - škola,
4 % - silnice,
4 % - sportovní úrazy

Uveďte příklady sami.

50. Údaje o růstu světové populace jsou prezentovány pomocí tabulky, sloupcového grafu a grafu.

Který z prezentovaných informačních modelů nejlépe znázorňuje růst populace a proč?
Z prezentovaných modelů poskytuje graf nejvizuálnější znázornění růstu populace.
Tento diagram poskytuje přesnost a jasnost informací. Pomocí tohoto grafu je vhodné porovnávat populaci různých období.

51. Zápas.

52. V dílně pracují pracovníci tří odborností - soustružníci (T), zámečníci (C) a frézaři (F). Každý pracovník má hodnost nejméně druhou a nejvýše pátou. Diagram a) ukazuje počet pracovníků s různými kategoriemi a diagram b) ukazuje rozdělení pracovníků podle specializace. Každý pracovník má pouze jednu specializaci a jednu kategorii.

53. Tabulka obsahuje následující počáteční údaje a vzorce výpočtu:

54. Pozorně si přečtěte text článku 2.9 „Grafy a diagramy“. Formulujte hlavní výhody a nevýhody, které diagramy mají.

55. Stručně popište skutečnou životní situaci, ve které jste vy nebo vaši rodinní příslušníci použili tabulku.
Při opravách rádií používají elektrotechnici elektrické obvody.
Při cestování je vhodné používat mapy tras.
Mapy metra pomáhají člověku v navigaci při pohybu.
Existují vizuální schémata akcí v různých situacích.
Bytová schémata pomáhají při vytváření designových řešení.

56. Pokračujte ve větách:
a) Schéma je reprezentace nějakého předmětu obecně, hlavních pojmů pomocí symbolů.
b) Zeměpisná mapa nám poskytuje zmenšený zobecněný obraz zemského povrchu v rovině v té či oné soustavě symbolů.
c) Kresba je podmíněné grafické znázornění objektů s přesným poměrem jejich velikostí, získané metodou promítání.
d) Blokové schéma je jedním z nejvizuálnějších způsobů zápisu algoritmů; v tomto případě se používají konvence.

57. Jaké hodnoty budou mít proměnné aab po provedení algoritmu?

61. Vztah mezi prvky množin X a Y je dán rovnicí y=x+1. Nakreslete tento vztah pomocí grafu, pokud X=(3,6,9,12), Y=(7,10,13).

62. Vytvořte strom adresářů s následujícími úplnými názvy souborů.

63. Podle víceúrovňového seznamu „Zařízení osobního počítače“ (práce 5 počítačové dílny) sestavte stromový diagram vztahů.

64. Tabulka ukazuje náklady na dopravu mezi sousedními železničními stanicemi. Čísla na průsečících řádků a sloupců tabulky označují náklady na cestu mezi odpovídajícími sousedními stanicemi. Pokud je průsečík řádku a sloupce prázdný, pak stanice nesousedí.

65. Tabulka ukazuje náklady na dopravu mezi sousedními železničními stanicemi.

66. Tabulka ukazuje náklady na dopravu mezi sousedními železničními stanicemi.
Náklady na cestu po trase jsou součtem jízdného mezi odpovídajícími sousedními stanicemi. Určete nejnižší náklady na cestu z A do B.

67. Sergey je velkým fanouškem skateboardingu. Často chodí do prodejny Sport zjišťovat ceny některého zboží. V tomto obchodě si můžete koupit plně sestavený skateboard. Můžete si ale koupit plošinu, jednu sadu 4 kol, jednu sadu 2 držáků kol a sadu kovových a pryžových dílů (ložiska, pryžové distanční podložky, šrouby a matice) a postavit si svůj vlastní skateboard.
Ceny těchto produktů jsou uvedeny v tabulce:

68. K výrobě řetízků je povoleno použít pět druhů korálků, označovaných písmeny A, D, G, O, U. Každý řetízek se musí skládat ze tří korálků, přičemž je třeba dodržet následující pravidla:
1) na prvním místě je jedno z písmen: A, O, U;
2) po samohlásce v řetězci nemůže samohláska znovu jít a po souhlásce - souhláska;
3) poslední písmeno nemůže být A.
Zapište všechny řetězy, které lze podle těchto pravidel postavit.

69. Vypište základní pojmy z kapitoly 2 „Informační modelování“ a uveďte jejich definice.
Modelka - předmět, který se používá jako „náhrada“, zástupce jiného předmětu (originálu) pro určitý účel.
informační model– popisy původních objektů v kódovacích jazycích.
Přírodní (materiálový) model- skutečné předměty, ve zmenšené nebo zvětšené podobě, reprodukující vzhled, strukturu a chování předmětu.
Matematický model- model vytvořený pomocí matematických pojmů a vzorců.
Model verbální- popis situace, události, procesu přirozeným jazykem.
stůl- seznam informací, číselných údajů, uvedených v určitém systému a oddělených sloupci; různé informační modely. Používá se k popisu řady objektů, které mají stejnou sadu vlastností.
Typ tabulky "objekty - objekty - několik" (UN) je tabulka obsahující informace o několika vlastnostech dvojic objektů patřících do různých tříd.
Typ tabulky "objekty - objekty - jeden" (OOO) je tabulka obsahující informace o jediné vlastnosti dvojic objektů, nejčastěji patřících do různých tříd.
Typ tabulky "objekty - vlastnosti" (OS) je tabulka obsahující informace o vlastnostech jednotlivých objektů patřících do stejné třídy.
Typ tabulky "objekty - vlastnosti - objekty" (OCO) je tabulka obsahující informace o vlastnostech dvojic objektů patřících do různých tříd a také o jednotlivých vlastnostech objektů jedné z tříd.
Tabulkové počítání– tabulka, ve které jsou hodnoty některých vlastností vypočteny pomocí hodnot jiných vlastností ze stejné tabulky.
Systém- reprezentace nějakého předmětu obecně, hlavní pojmy pomocí symbolů.