Тема: Моделирование




НазваниеТема: Моделирование
страница1/4
Дата публикации18.03.2013
Размер0.5 Mb.
ТипИсследование
skachate.ru > Физика > Исследование
  1   2   3   4
Выделила красным, но смотрите по сложности задания – возможно выполнить любой вариант.

Тема: Моделирование

  1. Моделирование. Модель.

  2. Материальные и информационные модели.

  3. Формальная и неформальная постановка задачи.

  4. Основные принципы формализации.

  5. Основные типы информационных моделей.

Человечество в своей деятельности (научной, образовательной, технологической, художественной) постоянно создаёт и использует модели окружающего мира. Строгие правила построения моделей сформулировать невозможно, однако человечество накопило богатый опыт моделирования различных объектов и процессов.

Назовите несколько причин, по которым прибегают к построению моделей.

  1. В реальном времени оригинал может уже не существовать или его нет в действительности (теория вымирания динозавров, теория гибели Атлантиды, модель «ядерной зимы» и др.).

  2. Оригинал может иметь много свойств и взаимосвязей. Чтобы глубоко изучить какое-то конкретное свойство, иногда полезно отказаться от менее существенных, вовсе не учитывая их (карта местности, модели живых организмов и др.).

  3. Оригинал либо очень велик, либо очень мал (глобус, модель Солнечной системы, модель атома и др.).

  4. Процесс протекает очень быстро или очень медленно (модель двигателя внутреннего сгорания, геологические модели и др.).

  5. Исследование объекта может привести к его разрушению (модель самолета или автомобиля).

Модели позволяют представить в наглядной форме объекты и процессы, недоступные для непосредственного восприятия (очень большие или очень маленькие объекты, очень быстрые или очень медленные процессы и др.). Наглядные модели часто используются в процессе обучения. В курсе географии первые представления о нашей планете Земля мы получаем, изучая её модель – глобус, в курсе физики изучаем работу двигателя внутреннего сгорания по его модели, в химии при изучении строения вещества используем модели молекул и кристаллических решеток, в биологии изучаем строение человека по анатомическим муляжам и др.

Модели играют важную роль в проектировании и создании различных технических устройств, машин и механизмов, зданий, электрических цепей и т.д. Без предварительного создания чертежа невозможно изготовить даже простую модель.

В процессе проектирования зданий и сооружений кроме чертежей часто изготавливают макеты. В процессе разработки летательных аппаратов поведение их моделей в воздушных потоках исследуют в аэродинамической трубе.

Развитие науки невозможно без создания теоретических моделей (теорий, законов, гипотез и пр.), отражающих строение, свойства и поведение реальных объектов. Создание новых теоретических моделей иногда коренным образом меняет представление человечества об окружающем мире (гелиоцентрическая система мира Коперника, модель атома Резерфорда-Бора, модель расширяющейся Вселенной, модель генома человека и пр.). Адекватность теоретических моделей законам реального мира проверяется с помощью опытов и экспериментов.

Всё художественное творчество фактически является процессом создания моделей. Например, такой литературный жанр, как басня, переносит реальные отношения между людьми на отношения между животными и фактически создаёт модель человеческих отношений. Более того, практически любое литературное произведение может рассматриваться как модель реальной человеческой жизни.

  • Моделированиеэто процесс построения моделей для исследования и изучения объектов, процессов и явлений..

  • Модель – это некий новый объект, который отражает наиболее существенные особенности изучаемого объекта, явления или процесса.

Моделировать можно:

  1. Объекты. Приведите примеры (копии архитектурных сооружений, копии художественных произведений, наглядные пособия, модель атома или Солнечной системы, глобус, модель, демонстрирующая одежду, детские игрушки и т.д.).

  2. Явления. Приведите примеры (модели физических явлений: грозового разряда, магнитных и электрических сил; геофизические модели: модель селевого потока, модель землетрясения, модель оползней).

  3. Процессы. Приведите примеры (модель развития Вселенной, модели экономических процессов, модели экологических процессов).

  4. Поведение. Приведите примеры (При выполнении человеком какого-либо действия ему обычно предшествует возникновение в его сознании модели будущего поведения. Собирается ли он строить дом или решать задачу, переходит улицу или собирается в поход – он непременно сначала представляет себе это в уме. Это главное отличие человека мыслящего от живых существ на Земле).

Модель нужна:

      • чтобы понять, как устроен конкретный объект, какова его структура, основные свойства, законы развития и взаимодействия с окружающим миром;

      • чтобы научиться управлять объектом, процессом;

      • чтобы прогнозировать последствия воздействия на объект.

Разные науки исследуют объекты и процессы под разными углами зрения и строят различные типы моделей. В физике изучаются процессы взаимодействия и изменения объектов, в химии – их химический состав, в биологии – строение и поведение живых организмов и т. д. Например, человек. В разных науках он исследуется в рамках различных моделей. В рамках механики его можно рассматривать как материальную точку, в химии – как объект, состоящий из различных химических веществ, в биологии – как систему, стремящуюся к самосохранению и т.д.

        • Один и тот же объект может иметь множество моделей, а разные объекты могут описываться одной моделью.

Например, различные виды географических карт – это модели, отражающие различные особенности земной поверхности (в географии, военном деле, судоходстве). Один и тот же объект отражают несколько моделей.

С другой стороны, разные объекты могут описываться одной моделью. В механике – различные материальные тела (от планеты до песчинки) могут рассматриваться как материальные точки.

Цель моделирования - это назначение будущей модели. Цель определяет те свойства объекта-оригинала, которые должны быть воспроизведены в модели. Модели одного и того же объекта будут разными, если они создаются для разных целей
Никакая модель не может заменить сам объект. Но при решении конкретной задачи модель оказывается полезным, а иногда и единственным инструментом исследования.

Виды классификации моделей

Все модели можно классифицировать по следующим признакам:

  • область использования;

  • учёт в модели временного фактора (динамики);

  • отрасль знаний;

  • способ представления моделей.

Классификация моделей по области использования

(для чего? с какой целью?)



  • Учебные модели используются при обучении (наглядные пособия, различные тренажеры, обучающие программы).

  • ^ Опытные модели – это уменьшенные или увеличенные копии проектируемого объекта, используются для исследования объекта и прогнозирования его будущих характеристик (модель корабля, модель автомобиля, модель здания, модель гидросооружений).

  • ^ Научно-технические модели создаются для исследования процессов и явлений (синхротрон – ускоритель электронов, прибор для получения грозового электрического разряда).

  • ^ Игровые модели – это военные, экономические, спортивные, деловые игры. Они как бы репетируют поведение объекта в различных ситуациях (реакция со стороны конкурентов, противника, психологическая помощь больным, разрешение конфликтных ситуаций).

  • ^ Имитационные модели – не просто отражают реальность с той или иной степенью точности, а имитируют её. Эксперименты проводятся при разных исходных данных, по результатам делаются выводы (для выявления побочных действий лекарственных препаратов их испытывают на животных). Другой пример – экспериментальная деятельность в школах. Например, вводится новый предмет «Основы вождения». Для эксперимента отбирается ряд школ. Где-то учат водить грузовик, где-то - легковой автомобиль, а в некоторых школах все сводится к изучению правил дорожного движения (проигрывание различных ситуаций). Последующая проверка и анализ результатов по введению нового предмета в множестве школ помогают сделать вывод о целесообразности обучения этому предмету во всех школах страны.


Классификация моделей по фактору времени




  • Статическая модель – это единовременный срез информации по данному объекту (обследование учащихся в стоматологической поликлинике дает состояние их зубов на данный момент времени; расчет прочности и устойчивости постоянной нагрузке на фундамент, на стены, на балки при строительстве здания).

  • Динамическая модель представляет картину изменения объекта во времени (медицинская карта ученика, отражающая изменение состояния его зубов в течение многих лет; учёт противодействия ветрам, движению грунтовых вод, сейсмическим колебаниям при строительстве здания).

Классификация моделей по способу представления (из чего сделаны?)






И материальные и абстрактные модели содержат информацию об исходном объекте. В случае материальной модели информация имеет реальное воплощение (цвет, форму, пропорции), её можно получить с помощью органов чувств: зрения, осязания, обоняния, а так же воспользоваться измерительными приборами и инструментами. В нематериальной модели та же информация представляется в абстрактной форме (мысль, формула, чертеж, схема).

Материальные модели

Материальные модели иначе можно назвать предметными, физическими. Они всегда имеют реальное воплощение. Такие модели могут отражать:

  • Внешнее сходство исходных объектов;

  • Внутреннее устройство исходных объектов;

  • Суть процессов и явлений, происходящих с объектами-оригиналами.

Абстрактные модели

Абстрактные модели нельзя потрогать, они не имеют вещественного воплощения. Основу таких моделей составляет информация, а такой тип моделирования реализует теоретический метод познания окружающей действительности.
Мысленные модели формируются в воображении человека в результате раздумий, умозаключений, иногда в виде образа (пример модель поведения при переходе улицы).

Мысленная модель может быть выражена в разговорной форме. Она называется вербальной. Вербальную модель человек использует для передачи своих мыслей другим.

Информационные модели

Информационная модель – набор величин, содержащих необходимую информацию об исследуемых объектах и процессах.

Образно-знаковые модели (рисунки, фотографии, географическая карта и др.) представляют собой зрительные образы объектов, зафиксированные на каком-либо носителе информации (бумаге, фото- и кинопленке и др.)

По форме представления образно-знаковых моделей среди них можно выделить следующие группы:

  • Геометрические модели, отображающие внешний вид оригинала (рисунок, пиктограмма, чертеж, план, карта, объемное изображение);

  • Структурные модели, отображающие строение объектов и связи их параметров (таблица, граф, схема, диаграмма);

  • Словесные модели, зафиксированные средствами естественного языка;

  • Алгоритмические модели, описывающие последовательность действий (нумерованный список, пошаговое перечисление, блок-схема).

Знаковые модели строятся с использованием различных языков (знаковых систем). Знаковая информационная модель может быть представлена в форме текста (например, программы на языке программирования), формулы, таблицы (например, Менделеева) и т.д.

Знаковые модели можно разделить на следующие группы:

  • Математические модели, представленные математическими формулами, отображающими связь различных параметров объекта, системы или процесса;

  • Специальные модели, представленные на специальных языках (ноты, химические формулы и т.п.);

  • Алгоритмические модели, представляющие процесс в виде программы, записанной на специальном языке.

Для представления информационных моделей в той или иной форме используются естественные и формальные языки.

Естественные языки используются для построения словесных, описательных моделей. Например, различные литературные произведения имеют непосредственное отношение к понятию модели, поскольку фокусируют внимание читателей на определенных сторонах человеческой жизни. Особенно можно выделить такой литературный жанр, как басня или притча.

В истории науки также существуют многочисленные текстовые информационные модели. Например, гелиоцентрическая модель мира Коперника, которую он сформулировал следующим образом: Не Солнце движется вокруг Земли, а Земля вращается вокруг собственной оси и Солнца. Орбиты всех небесных тел проходят вокруг Солнца.

Со словесного описания начинается построение любой модели, т.к. оно более или менее точно отражает оригинал. При создании словесной модели важно уметь ясно и понятно строить фразы, выделять ключевые моменты, правильно пользоваться терминологией, ссылаться на известные исторические факты.

Формальные языки используются для построения формально-логических моделей - математических, логических и специальных.

Процесс построения информационных моделей с помощью формальных языков называется формализацией.
Одним из наиболее распространенных формальных языков является алгебраический язык формул в математике, который позволяет описывать функциональные зависимости между величинами. Модели, построенные с использованием математических формул и понятий, называются математическими.

Математическая модель идет, как правило, за описательной. Математическая модель – это продукт творческой деятельности человека. Компьютер позволяет на качественно новом уровне перевести мысленную модель в знаковую форму.

В процессе познания окружающего мира человечество постоянно использует моделирование и формализацию.

^ Практическая работа

Тема: Построение словесной модели»

Объект моделирования: одноклассник.

Цель моделирования: построение словесной модели человека.

Параметры моделирования:

  1. Фамилия, имя, отчество объекта.

  2. Черты лица, телосложение (рост, вес).

  3. Любимый учебный предмет объекта.

  4. Хобби объекта.

Этапы моделирования

Процесс разработки моделей и их исследование на компьютере можно разделить на несколько основных этапов.

    1. На первом этапе исследования объекта или процесса обычно строится описательная информационная модель. Такая модель выделяет существенные, с точки зрения целей проводимого исследования, параметры объекта, а несущественными параметрами пренебрегает.

    2. На втором этапе создается формализованная модель, т.е. описательная информационная модель записывается с помощью какого-либо формального языка. В такой модели с помощью формул, уравнений, неравенств и т.д. фиксируются формальные соотношения между начальными и конечными значениями свойств объектов, а также накладываются ограничения на допустимые значения этих свойств.

    3. На третьем этапе необходимо формализованную информационную модель преобразовать в компьютерную модель, т.е. выразить ее на понятном для компьютера языке. Существуют два принципиально различных пути построения компьютерной модели:

    • построение алгоритма решения задачи и его кодирование на одном из языков программирования;

    • построение компьютерной модели с использованием одного из приложений (электронных таблиц, СУБД и т.д.).

    1. Четвертый этап исследования информационной модели состоит в проведении компьютерного эксперимента. Если компьютерная модель существует в виде программы на одном из языков программирования, ее нужно запустить на выполнение и получить результаты.

Если компьютерная модель исследуется в приложении, например, в электронных таблицах, можно провести сортировку или поиск данных, построить диаграмму или график и т.д.

    1. Пятый этап состоит в анализе полученных результатов и корректировке исследуемой модели. В случае различия результатов, полученных при исследовании информационной модели, с измеряемыми параметрами реальных объектов, можно сделать вывод, что на предыдущих этапах построения модели были допущены ошибки или неточности.


Контрольная работа по теме «Моделирование»

1 вариант

Задание 1.

Ответьте на вопросы:

  1. Как называется упрощенное представление реального объекта?

  2. Система, как правило, состоит из нескольких объектов или из одного?

  3. Схема электрической цепи – это материальная или информационная модель?

  4. Изменение состояния системы в некоторый период времени называется статической или динамической моделью?

  5. Описание модели с помощью формального языка.

  6. Каково общее название моделей, которые можно осязать?

  7. Назовите инструмент для компьютерного моделирования.

  8. Граф, отображающий последовательность выполнения действий, называется таблицей или блок-схемой?

  9. Устное представление информационной модели называется вербальной или знаковой?

  10. Чертеж на бумаге – это информационная или материальная модель?

  11. Назовите программу, с помощью которой можно создавать описательные модели.

  12. Что является материальной моделью Земли?

Задание 2.

Приведите примеры объектов, имеющих следующую структуру:
Задание 3.

Классифицируйте следующую информацию (в виде графа):

Числительные в русском языке классифицируются по составу и по значению. По составу они делятся на простые, сложные и составные. Пример простых числительных: один, два. Пример сложных числительных: триста, четыреста. Пример составных числительных: двадцать один, сто двадцать три. По значению числительные делятся на порядковые и количественные. Пример количественных числительных: два, три. Пример порядковых числительных: второй, девятый.

Задание 4.

Постройте таблицу по следующим данным:

Часть площади Европы, занятая лесами, составляет 32,8%. Часть пло­щади Северной Америки, занятая пашнями и плантациями, составляет 12,8%. Часть площади Азии, занятая пастбищами, составляет 21%. Часть площади Северной Америки, занятая пастбищами, составляет 16, 8 %. Часть площади Австралии и Океании, занятая пашнями и плантациями, составляет 5,7%. Часть площади Северной Америки, занятая лесами, со­ставляет 30,9%. Часть площади Австралии и Океании, занятая пастбища­ми, составляет 54,6%. Часть площади Южной Америки, занятая лесами, составляет 53%. Часть площади Европы, занятая пастбищами, составляет 18,2%. Часть площади Австралии и Океании, занятая лесами, составляет 18,1%. Часть площади Южной Америки, занятая пашнями и плантациями, составляет 7,8%. Часть площади Африки, занятая пастбищами, составляет 26,2%. Часть площади Азии, занятая пашнями и плантациями, составляет 17%. Часть площади Европы, занятая пашнями и плантациями, состав­ляет 29,6%. Часть площади Южной Америки, занятая прочими землями, составляет 13,2%. Часть площади Австралии и Океании, занятая прочими землями, составляет 19,4%. Часть площади Северной Америки, занятая прочими землями, составляет 39,5%. Часть площади Африки, занятая про­чими землями, составляет 44,4%. Часть площади Азии, занятая прочими землями, составляет 38%.
2 вариант

Задание 1.

Ответьте на вопросы:

  1. Как называется процесс построения моделей?

  2. Детские игрушки – это материальные или информационные модели?

  3. Состояние системы в конкретный момент времени называется статической или динамической моделью?

  4. Как называется процесс описания модели на формальном языке?

  5. Граф, предназначенный для отображения вложенности, подчиненности, называется деревом или схемой?

  6. Каково общее название моделей, которые представляют собой совокупность полезной и нужной информации об объекте?

  7. Информационная модель, состоящая из строк и столбцов, называется таблица или граф?

  8. Формула – это знаковая или вербальная модель?

  9. Упорядочение информации по определенному признаку называется сортировкой или систематизацией?

  10. Уравнение химической реакции – это информационная или материальная модель?

  11. Назовите компьютерную программу, с помощью которой можно создавать графические модели.

  12. Можно ли моделировать поведение?

Задание 2.

Приведите примеры объектов, имеющих следующую структуру:
Задание 3.

Классифицируйте следующую информацию (в виде графа):

Местоимения в русском языке бывают трех лиц: 1-го, 2-го и 3-го. Во всех трех лицах они могут быть единственного и множественного числа. Местоимения 3-го лица единственного числа кроме того изменяются по родам. Местоимения 1-го лица единственного числа – я, местоимения 1-го лица множественного числа – мы. Местоимения 2-го лица единственного числа – ты, местоимения 2-го лица множественного числа – вы. Местоимения 3-го лица единственного числа: мужского рода – он, женского – она, среднего – оно. Местоимения 3-го лица множественного числа – они.

Задание 4.

Постройте таблицу по следующим данным:

Средняя глубина Камского водохранилища — 6,5 м. Площадь Горьковского водохранилища - 1400 кв. км. Объем Рыбинского водохранилища - 25 куб. км. Напор Цимлянского водохранилища — 26 м. Площадь Братского водохранилища — 5300 кв. км. Средняя глубина Куйбышевского водохра­нилища — 10,4 м. Объем Цимлянского водохранилища — 24 куб. км. Площадь Рыбинского водохранилища – 4650 кв.км. Объем Братского водохранилища - 180 куб. км. Площадь Камского водохранили­ща — 1700 кв.км. Напор Куйбышевского водохранилища — 28 м. Средняя глубина Цимлянского водохранилища — 9,2 м. Напор Камского водохра­нилища — 21 м. Площадь Куйбышевского водохранилища — 5000 кв.км. Напор Рыбинского водохранилища — 25 м. Средняя глубина Братского во­дохранилища – 34 м. Объем Куйбышевского водохранилища – 52 куб.км. Напор Горьковского водохранилища — 18 м. Средняя глубина Рыбинского водохранилища — 5,5 м. Объем Камского водохранилища — 11 куб.км. На­пор Братского водохранилища — 104 м. Площадь Цимлянского водохранилища — 2600 кв.км.

  1   2   3   4

Похожие:

Тема: Моделирование iconТема: Моделирование и компьютерная графика Урок 1: Моделирование
Цель: первичное знакомство с понятием "моделирование объектов", с применением к г для моделирования как одном из назначений к г
Тема: Моделирование iconТема Математическое моделирование и вычислительный эксперимент новая...
Тема Математическое моделирование и вычислительный эксперимент – новая технология научных исследований
Тема: Моделирование iconМоделирование и расчет основных параметров корпоративных информационных систем
Тема работы: Моделирование и расчет основных параметров корпоративных информационных систем
Тема: Моделирование iconМоделирование поведения экономических систем в информационном обществе
А. И. Богомолов, доцент кафедры "Математическое моделирование экономических процессов"
Тема: Моделирование iconМоделирование систем
Моделирование систем: рабочая программа, методические указания для самостоятельной работы и контрольные задания. Вологда: Вогту,...
Тема: Моделирование icon№9: Компьютерный эксперимент для исследования процесса смесеобразования в жрд
«Математическое моделирование» студенту 4-го курса, обучающемуся по направлению 010800 – Механика и математическое моделирование
Тема: Моделирование icon№9: Компьютерный эксперимент для исследования процесса смесеобразования в жрд
«Математическое моделирование» студенту 4-го курса, обучающемуся по направлению 010800 – Механика и математическое моделирование
Тема: Моделирование icon№9: Компьютерный эксперимент для исследования процесса смесеобразования в жрд
«Математическое моделирование» студенту 4-го курса, обучающемуся по направлению 010800 – Механика и математическое моделирование
Тема: Моделирование iconТема урока: Системы искусственного интеллекта
База знаний учащихся и место урока: последний урок изучения темы «Моделирование»
Тема: Моделирование iconЯщук Олександр Сергійович Національний технічний університет України...
Ключевые слова: приемопередатчики, математическая модель, компьютерное моделирование

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2014
контакты
skachate.ru
Главная страница