Моделювання як метод пізнання навколишнього світу 2
- Вітаю! Ми продовжуємо пізнавати навколишній світ і сьогодні мова піде про моделі і моделювання як метод пізнання всього того, що нас оточує.
Часом буває незручним і неможливим розгляд реального об'єкта, процесу або явища, адже вони бувають іноді багатогранні і складні. Тоді найкращим способом їх вивчення і стає побудова моделі, що відображає лише якусь грань реальності, тому більш простий. І багатовіковий досвід розвитку науки довів на практиці плідність такого підходу.
Так, наприклад, в курсі географії перші уявлення про нашу планету Земля ви отримали вивчаючи її модель - глобус; в курсі фізики вивчили роботу ДВС по його моделі; в хімії при вивченні будови речовини використовували моделі молекул; в кабінеті біології використовували муляжі овочів і фруктів, щоб наочно продемонструвати особливості їх сортів.
Взагалі, яку б життєве завдання не взявся вирішувати людина, перш за все він будує модель - іноді усвідомлено, а іноді і немає. Адже буває так - ви напружено шукаєте вихід з важкої ситуації, намагаючись намацати, за що можна вхопитися. І раптом приходить осяяння ... Що ж сталося? Це спрацювало чудова властивість нашого розуму - вміння несвідомо, немов по якимось помахом чарівної палички, вловити найважливіше, перетворити інформаційний хаос в струнку модель стоїть перед людиною завдання. Як бачите, з моделями ви маєте справу щогодини і, може бути, щохвилини. Просто ви ніколи не замислювалися про це, оскільки побудова моделей для людини так само природно, як ходьба або вміння користуватися ножем і виделкою.
Я сподіваюся ви зрозуміли необхідність вивчення даної теми, а тому будете зі мною солідарні в постановці мети нашого уроку (слайд 2). виділити такий метод пізнання навколишнього світу як моделювання, а в зв'язку з поставленою метою дозвольте сформулювати план уроку: дати поняття моделі, системи та структури, навчитися розрізняти моделі за класами, типами, визначити і вміти використовувати засоби представлення моделей.
Моделі відіграють надзвичайно важливу роль в проектуванні і створенні різних технічних пристроїв, машин і механізмів, будівель, електричних ланцюгів і т.д. Без попереднього створення креслень неможливо виготовити навіть просту деталь, не кажучи вже про складному механізмі.
Все художня творчість фактично є процесом створення моделей. Наприклад, такий літературний жанр, як байка, переносить реальні відносини між людьми на відносини між тваринами і фактично створює моделі людських відносин.
(Слайд 3) Отже, моделювання - це метод пізнання навколишнього світу, що складається в створенні і дослідженні моделей.
Різні науки досліджують об'єкти і процеси під різними кутами зору і будують різні типи моделей. У фізиці вивчаються процеси взаємодії і зміни об'єктів, в хімії - їх хімічний склад, в біології - будова і поведінку живих організмів і т.д.
(Слайд 4) Розглянемо людини або говорять розглянемо об'єкт: в різних науках він досліджується в рамках різних моделей. (Слайд 5) У фізиці його розглядають як матеріальну точку, в рамках механіки - рух МТ і творця різних механізмів; (Слайд 6) в хімії - як об'єкт, що складається з різних хімічних речовин, що мають різний молекулярну будову; (Слайд 7) в біології - як систему, яка прагне до самозбереження, розмноження.
(Слайд 8) Ще приклад. Давайте на мить уявімо, що ми на вченій раді, ви - вчені: хіміки, фізики, біологи. Про що говорить вам цей об'єкт? (Показую яблуко). Спробуйте скласти модель з точки зору фізиків. (Вислуховую відповідь, а потім Новомосковськ вірш):
Ньютон під яблунею сидів. Ось-ось має прийти ідея.
А плід над ним уже дозрів, до землі всією масою тяжіючи.
І може бути, самий великий закон -
ЗАГАЛЬНИЙ закону тяжіння:
Обертання планет пояснює нам він і яблук рум'яних паденье!
Фізики розглядають яблуко як тіло, що володіє масою, що рухається під дією деяких сил. Яку модель склали б хіміки? Їх цікавить хімічний склад яблука. Наприклад, містить воно крохмаль або глюкозу. Так як наявність крохмалю говорить про те, що яблуко не дозріло, а присутність глюкози показує, що яблуко стигле.
(Слайд 9) Тобто один і той же об'єкт відображає кілька моделей.
(Слайд 10) З іншого боку, різні об'єкти можуть описуватися однією моделлю. Так, в механіці різні матеріальні тіла (від планети до піщинки) можуть розглядатися як матеріальні точки.
Один і той же об'єкт може мати безліч моделей, а різні об'єкти можуть описуватися однією моделлю.
Корисно відзначити, що моделюватися можуть не тільки матеріальні об'єкти, а й процеси. Наприклад, конструктори авіаційної техніки використовують аеродинамічну трубу для відтворення на землі умов польоту літака. У такій трубі корпус літака обдувається повітряним потоком. Створюється модель літака, тобто умови, подібні до тих, що відбуваються в реальному польоті. На такій моделі вимірюються навантаження на корпус, досліджується міцність літака. З моделями фізичних процесів працюють фізики-експериментатори. Наприклад, в лабораторних умовах вони моделюють процеси, що відбуваються в океані, в надрах Землі.
Так що ж таке модель? (Учні пробують формулювати).
(Слайд 11) Модель - якийсь новий об'єкт, який відображає суттєві особливості досліджуваного об'єкта, явища або процесу.
Наш світ наповнений різноманіттям різних об'єктів. По відношенню до об'єктів часто уживана поняття «простий об'єкт», «складний об'єкт» (слайд 12). У чому на ваш погляд різниця? Відповідь очевидна: складний предмет складається з безлічі простих. Цегла - простий об'єкт, будівля - складний; рама, кермо, колеса -прості, велосипед - складний об'єкт. Дивіться, виходить кожен об'єкт складається з інших об'єктів, тобто являє собою систему.
Система - складний об'єкт, що складається з взаємозв'язаних частин (елементів). Будь-яка система має певне призначення (мета).
Є 2 будівельні бригади по 7 чоловік. У 1-й бригаді - 1 бригадир, 2 заступника і по 2 робочих в підпорядкуванні у кожного. У 2-й - 1 бригадир, 6 робочих, які підпорядковуються безпосередньо йому.
Т.ч. 2 бригади - приклади 2-х систем з однаковим складом (по 7 чол.), Але різною структурою. Дивлячись на системи, давайте припустимо, робота якої бригади буде ефективніше. Неважко зрозуміти, що продуктивність 2-й буде вище, оскільки в ній більше працюючих людей. Тобто при складанні систем переслідувалися різні цілі.
Структура - сукупність зв'язків між елементами системи. Структура систем залежить від поставленої мети.
Давайте згадаємо, де ще в житті, в наукових дисциплінах, зустрічалися ви зі складними об'єктами, з системами?
Сонячна система, періодична система хімічних елементів, система рослин і тварин, система освіти, файлова система, операційна система, система транспорту, екологічна система.
Звичайно, ніяка модель не може замінити сам об'єкт. Але при вирішенні конкретної задачі, коли нас цікавлять певні властивості досліджуваного об'єкта, модель виявляється корисним, а часом і єдиним інструментом дослідження.
Виділимо основні етапи побудови моделей. (Слайд 14)- Розгляд об'єкта, що має безліч властивостей.
- Постановка суб'єктом мети, яку він переслідує при побудові моделі.
- Виділення істотних властивостей.
- Отримання з виділених властивостей інформації, необхідної для дослідника з точки зору поставленої мети.
- Побудова моделі.
- Предметні (матеріальні, натурні)
- Інформаційні моделі.
Якщо предметні моделі об'єкта - це його фізична подібність (глобус, макети, муляжі), то інформаційні моделі - це його опис. Неважко зрозуміти, що для інформатики саме вони і становлять найбільший інтерес.
(Слайд 16) Ви збираєтеся намітити маршрут майбутнього походу. Перед вами дві моделі місцевості - карта і набір фотографій. Чим ви віддасте перевагу скористатися? Звичайно, картою, хоча і корисно знати, як виглядають ці місця, які вам треба буде пройти. У чому відмінність цих моделей?
1-я модель - фотографію - називають образною моделлю, тому що є зорові образи об'єктів. Крім фото це можуть бути малюнки, плакати, фільми, тобто все те, що зафіксовано на якомусь носії (папері, фото, кіноплівці). 2-я модель - карта - знакова інформаційна модель, яка будується з використанням різних мов (природних і формальних) - розшифрувати. Тобто моделі можна уявити в 2-х формах: образної і знакової.
Наведу дві цитати:
«... Як-то особливо тихо раптом стало,
На небі сонце крізь хмару грало.
Хмарка була невелика на ньому,
І вибухнула жорстоким дощем! »
(Н.А. Некрасов. «Дідусь Мазай і зайці»)
«... Очікується малохмарна погода; можливий короткочасний дощ, гроза; вітер слабкий, 1-2 м / с; температура повітря 21-23 градуси тепла ».
Скажіть, яка форма представлення моделі проглядається в 1-й цитаті, яка у 2-й.
Якщо говорити про кошти відображення систем різних структур, то використовують такі типи інформаційних моделей: (слайд 17)
1. Вербальні - словесний опис об'єктів, процесів або явищ.
2. Табличні.
3. Ієрархічні.
4. Мережеві.
(Слайд 18) Одним з найбільш часто використовуваних типів інформаційних моделей є таблиця, яка складається з рядків і стовпців. У ній відображено ряд об'єктів, що володіють наборами властивостей. Зазвичай перелік об'єктів розміщений в осередках першого стовпця таблиці, а значення їх властивостей - в інших стовпцях.
Більш наочно табличная модель буде виглядати, якщо її візуалізувати. Домогтися цього можна через побудови табличній моделі у вигляді графіка або діаграми.
Нас оточує безліч різних об'єктів, кожен з яких має певні властивості. Однак деякі групи об'єктів мають однакові загальні властивості. Тоді для систематизації об'єктів використовують ієрархічну структуру тобто будують ієрархічну інформаційну модель. У ній інформаційної моделі об'єкти розподілені за рівнями. Кожен елемент більш високого рівня складається з елементів нижнього рівня, а елемент нижнього рівня може входити до складу лише одного елемента вищого рівня. Така структура називається графом, вершини графа (овали) - елементи системи.
Наприклад, зображення класифікації комп'ютерів у вигляді графа буде таким:
Отриманий граф нагадує дерево, яке ростете зверху вниз, тому ієрархічні графи іноді називають деревами. Пам'ятайте на перших уроках я просила вас зобразити в програмі WORD генеологіческіх дерево вашої сім'ї.
(Слайд 20) Мережеві інформаційні моделі застосовуються для відображення систем зі складною структурою, в яких зв'язки між елементами мають довільний характер. Глобальна мережа Інтернет - наочний приклад такої структури, де обмін інформацією йде між континентами, а також між регіональними частинами Інтернету. Опис процесу передачі м'яча між гравцями в колективній грі (футболі, баскетболі) також можна виразити у вигляді мережевої інформаційної моделі. (Слайд 21)
Все про що ми з вами сьогодні говорили я висловила в конспекті, яким хочу з вами поділитися. (Додаток 2) Подивіться, чи є питання по конспекту? (Якщо ні, приступаю до практичної частини уроку).
Скажіть, а чи може один об'єкт, процес або явище мати багато моделей? - Так. Тобто я можу об'єкт уявити в вербальному, табличному, ієрархічному вигляді? -Так. Давайте спробуєм.
Практична частина уроку.
Для виконання практичної частини уроку я приготувала для вас інформаційні карти із завданнями. Вони лежать у кожного на столах. Працюємо з 1-м завданням.
1. Новомосковськ завдання (висвічується на екрані): «Природні ресурси по запасах поділяються на вичерпні і невичерпні. Вичерпні ресурси бувають невідновних і відновлюваних. Крім того, за призначенням природні ресурси поділяються на багатоцільові, промислові, сільськогосподарські ».
Спробуйте вербальний тип інформаційної моделі перевести в ієрархічний тип. (Хлопці виконують в листах, потім звіряються з екраном)
2. Розробіть меню, яке може бути в програмі автоматичного пошуку книги в бібліотеці. У вашому меню повинно бути не менше 4 рівнів. Меню кожного рівня помістіть в окремі прямокутники. З'єднайте лініями пункти меню і пов'язані з ними меню наступного рівня. Використовуйте наступні поняття: бібліотека, роман, С.Я.Маршак, А.Л.Барто, українська мова, іноземна мова, література, розповідь, словник, довідник, вірш, казка, фантастика, художня література, математика, брати Грімм, Н. А.Некрасов, підручник, спеціальна література, історія, англійська мова, М.Ю.Лермонтов, німецьку мову, природознавство, французьку мову, Г.Х.Андерсен, А. С. Пушкін, А. Ліндгрен, географія, Дж. Родарі, інформатика.
3. Визначте період життя кожного письменника і поета із завдання №2. Зобразіть табличний тип інформаційної моделі. (Слайд 24)