Моделирование. Классификация моделей.

Муниципальное автономное образовательное учреждение

дополнительного образования «Центр детского творчества»

городского округа город Кумертау Республики Башкортостан

Методическая разработка занятия

«Моделирование. Классификация моделей»

Разработчик:

Болотова Галина Михайловна

педагог дополнительного образования

лаборатории

«Компьютерное моделирование»

г. Кумертау, 2020 г.

Тема занятия: Моделирование. Классификация моделей.

Цели:

• закрепить у учащихся понятие «модель», «моделирование», «цель моделирования», «формализация»;

• сформировать у учащихся понятие моделирования как метода познания;

• рассмотреть различные классификации моделей;

• научить учащихся описывать информационные модели.

Требования к знаниям и умениям:

• Учащиеся должны знать:

  • основные понятия «модель», «моделирование», «формализация», «информационная модель»;

  • виды моделей, их классификацию.

• Учащиеся должны уметь:

  • приводить примеры различных моделей;

  • классифицировать модели по различным признакам;

  • находить существенные признаки объекта в зависимости от цели моделирования.

Программно-дидактическое обеспечение урока: компьютер; презентация «Классификация моделей», кроссворд, выполненный в программе «Hot Potatoes.

Ход занятия.

1. Введение понятия «модель»

В своей деятельности человек очень часто использует модели, то есть создает образ того объекта, явления или процесса, с которым ему предстоит работать (иметь дело).

Модель – это некий новый упрощенный объект, который отражает существенные особенности реального объекта, процесса или явления.
Анализ модели и наблюдение за ней позволяют познать суть реально существующего, более сложного объекта, процесса, явления, называемого прототипом или оригиналом.
Может возникнуть вопрос: почему бы не исследовать сам оригинал, а не строить его модель?

Назовем несколько причин (целей), по которым прибегают к построению моделей.

1. Сохранить и передать информацию о наблюдаемом объекте (фоторепортаж, рисунок, карта местности и т.д.)
2. Показать, как будет выглядеть объект, которого еще нет (автомобиль и т.д.)
3. Изучить или испытать на модели работу будущего изделия, если испытание объекта – оригинала дорого, опасно или невозможно (медицина, авиация, космос и т.д.)
4. В реальном времени оригинал может уже не существовать или его нет в действительности (теория вымирания динозавров, теория гибели Атлантиды, модель «Ядерной зимы» …)
5. 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...)
6. Оригинал либо очень велик, либо очень мал (глобус, модель Солнечной системы, модель атома...)
7. Процесс протекает очень быстро или очень медленно (модель двигателя внутреннего сгорания, геологические модели)

Моделирование – это процесс построения моделей для исследования и изучения объектов, процессов, явлений.

Что можно моделировать? Моделировать можно:

1. Объекты.

Назовем примеры моделей объектов:

• копии архитектурных сооружений;

• копии художественные произведения;

• наглядные пособия;

• модель атома водорода или солнечной системы;

• глобус;

• модель, демонстрирующая одежду;

• детские игрушки;

• и т.д.

2. Явления

Примеры моделей явлений:

• модели физических явлений: грозового разряда, магнитных и элект­рических сил;

• геофизические модели: модель селевого потока, модель землетрясе­ния, модель оползней...

3. Процессы

Примеры моделей процессов:

• модель развития вселенной;

• модели экономических процессов;

• модели экологических процессов…

4. Поведение

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 отправлять поход — он непременно сначала представляет себе все это в уме. Это главное отличие человека мыслящего от всех других живых существ на земле.
Один и тот же объект в разных ситуациях, в разных науках может описываться различными моделями. Например, рассмотрим объект «человек» с точки зрения различных наук:

• в механике человек – это материальная точка;

• в химии – это объект, состоящий из различных химических веществ;

• в биологии – это система, стремящаяся к самосохранению;

• и т.д.

С другой стороны, разные объекты могут описываться одной моделью. Например, в механике различные материальные объекты от песчинки до планеты рассматриваются как материальные точки.

Таким образом, совершенно неважно, какие объекты выбираются в качестве моделирующих. Важно лишь то, что с их помощью удается отразить наиболее существенные признаки изучаемого объекта, явления или процесса. Моделирование – это метод научного познания объективного мира с помощью моделей.

2. Классификация моделей

Итак, объектов моделирования, как мы только что убедились, огромное количество. И для того, чтобы ориентироваться в их многообразии, необходимо все это классифицировать, то есть каким-либо образом упорядочить, систематизировать.

При классификации объектов по «родственным» группам необходимо правильно выделить некий единый признак (параметр, а затем объединить те объекты, у которых он совпадает). Рассмотрим наиболее распространенные признаки, по которым можно классифицировать модели.

I. С учетом фактора времени:

• динамические;

• статические.

II. По области использования:

• учебные;

• опытные;

• игровые;

• научно-технические;

• имитационные.

III. По области знаний:

• математические;

• химические;

• физические;

• географические;

• и т.д.

IV. По способу реализации:

• компьютерные;

• некомпьютерные.

V. По способу представления:

• материальные;

• информационные

• вербальные;

• графические;

• математические;

• табличные;

• специальные.

Процесс построения информационных моделей с помощью формальных языков (математических, логических и т.д.) называется ФОРМАЛИЗАЦИЕЙ
Более полное определение формализации – это приведение (сведение) существенных свойств и признаков объекта моделирования к выбранной форме.

Формами представления информационной модели могут быть: словесное описание, таблица, схема, чертеж, формула, алгоритм, компьютерная программа и т.д.

III. Закрепление.

Для закрепления материала, предлагается разгадывание кроссворда за компьютером. Задание считается выполненным в том случае, если разгадано более 85% кроссворда. При разгадывании кроссворда можно пользоваться презентацией.

Кроссворд на тему «Моделирование»

По горизонтали:

2. Общее название моделей, которые представляют из себя совокупность полезной и нужной информации об объекте (информационные)
3. Общее название моделей, воспроизводящих внешний вид, структуру моделируемого объекта (материальные)
5. Описание модели с помощью формального языка (формализация)
6. Модели, позволяющие увидеть изменение объекта во времени (динамические)
8. Модели данного вида имитируют реальность с той или иной степенью точности (имитационные)
9. Пример самой первой графической модели (рисунок)
10. Информационная модель, состоящая из строк и столбцов (таблица)
11. Инструмент для компьютерного моделирования (компьютер)
12. Графический объект, состоящий из вершин, соединенных линиями (граф)
14. Уменьшенные или увеличенные копии проектируемого объекта. Данные модели используются для исследования объекта и прогнозирования его будущих характеристик (опытные)
15. Искусственно созданный объект, воспроизводящий строение и свойства исследуемого объекта (модель)

По вертикали:

1. Построение моделей для исследования и изучения объектов, процессов, явлений (моделирование)
4. Данные модели представляют собой одномоментный срез информации по объекту (статические)
7. Данные модели представляют собой описание на естественных языках в мысленной или разговорной форме (вербальные)
13. Пример знаковой математической модели (формула)

IV. Подведение итогов.

Просмотр результатов решения кроссворда каждого учащегося.