Какие средства программного обеспечения эвм могут рассматриваться при изучении информационного моделирования

Обновлено: 18.05.2024

• различать декларативные и процедурные знания, факты и [правила.

• *ориентироваться в информационных моделях на языке графов;

• *описать несложную иерархическую систему в виде дерева;

• *построить базу знаний на Прологе для простой предметной эбласти (типа родственных связей);

• *сформулировать на Прологе запросы к данной базе знаний;

• *работать на компьютере в среде системы программирования |Пролог.

Вопросы для самоконтроля и обсуждения к главе 10

2. Какие разделы информационного моделирования отражены в первом школьном учебнике информатики? На примерах каких задач это сделано?

3. В каком из учебников информатики линия моделирования является ведущей? Как осуществлена ее связь с другими содержательными линиями базового курса?

4. Какие средства программного обеспечения ЭВМ могут рассматриваться при изучении информационного моделирования?

6. Как можно разделить учебные задачи на тему информационного моделирования по уровням сложности?

8. Какое место занимает системный анализ в информационном моделировании?

9. Сформулируйте логически последовательную цепочку определений для следующих понятий (порядок указан произвольно): дерево, элемент, структура, система, сеть, отношение, граф.

10. Где вы видите в линии моделирования пересечение информатики и кибернетики?

11. Каким основным признакам должна удовлетворять компьютерная информационная модель?

12. На каких примерах можно объяснить ученикам модельный характер базы данных?

13. С какими методическими проблемами связано решение задачи проектирования БД? Как их можно объяснить ученикам?

14. Какие характерные признаки имеет компьютерная математическая модель?

15. Какие свойства электронных таблиц делают их удобным инструментом для математического моделирования?

16. Как пересекается содержательная линия моделирования с линией искусственного интеллекта?

17. Какое место может занимать Пролог в базовом курсе информатики; с какими содержательными линиями он может пересекаться?

Лабораторный практикум

Основные вопросы:

1. Цели и задачи изучения данной темы в школьном курсе информатики.

3. Классификация информационных моделей по различным признакам.

4. Обязательный и вариативный уровень организации, а также усвоения учащимися учебного материала, основанного на моделях знаний.

5. Роль учебного раздела в решении общеобразовательных задач базового курса информатики, связанных с формированием информационной культуры и системно-информационными представлениями учащихся.

6. Решение задач формирования у учащихся приемов умственной деятельности в процессе изучения основ информационного моделирования.




7. Систематизация задач, используемых в процессе изучения основ информационного моделирования.

Занятие 1

Задачи занятия:

2. Рассмотреть цели и задачи изучения раздела в базовом курсе информатики.

3. Определить сущность и роль базовых понятий, этапы и методы их формирования.

4. Установить связи между основными понятиями внутри учебного раздела, а также межпредметные связи с ранее изученными понятиями других учебных предметов.

5. Определить уровни формирования базовых понятий, их общеобразовательный и мировоззренческий аспекты изучения.

6. Проанализировать уровень представления учебного материала в учебниках и учебных пособиях.

7. Рассмотреть классификации информационных моделей по различным признакам, определить уровень их усвоения учащимися в базовом курсе информатики.

8. Рассмотреть классификацию моделей знаний, определить обязательный и вариативный уровень усвоения моделей знаний в базовом курсе информатики.

Способ организации занятия: практикум.

Средства обучения: научно-методическая и учебная литература [2, 16, 19, 29, 30, 33, 34, 35].

Предварительная подготовка студента к занятию

1. Составить терминологический словарь по базовым поняти-|ям учебного раздела, разработать логико-структурную модель учебного материала.

2. Изучить классификации информационных моделей и моделей знаний, изучаемых в базовом курсе информатики.

План занятия

1. Анализ полного содержания базовых понятий раздела.

2. Определение предельно общих фундаментальных понятий — категорий.

3. Построение логико-структурной модели учебного материала.

6. Систематизация информации по классификациям информационных моделей и моделей знаний, изучаемых в базовом курсе информатики.

6.1. Область использования информационной модели.

6.2. Фактор времени в информационной модели.

6.3. Способ представления информационной модели.

6.4. Форма представления информационной модели.

6.5. Использование компьютера для исследования информационной модели.

6.6. Модели знаний в системах искусственного интеллекта.

7. Анализ обязательного уровня представления учебного материала, основанного на классификациях информационных моделей и моделей знаний, и его реализация в учебниках и учебных пособиях.

Формы и способы организации учебной деятельности студентов: обсуждение вопросов плана, работа в группах; подведение итогов — беседа по вопросам, фронтальный и индивидуальный опрос; беседа по вопросам-проблемам; индивидуальная работа с учебниками и учебными пособиями.

Занятие 2

Задачи занятия: сформировать навыки поисково-исследовательской и аналитической деятельности студентов, связанные с разработкой тематического и поурочного планирования.

Способ организации занятия: практикум.

Средства обучения: научно-методическая и учебная литература [1, 7, 8, 9, 10, 13, 14, 17, 19, 24, 31, 32], программные средства [1, 5].

Предварительная подготовка студента к занятию

1. Изучить учебные программы, учебно-методическую литературу.

3. Провести анализ проблемы формирования приемов умственной деятельности учащихся в процессе изучения основ информационного моделирования.

План занятия

4. Составление тематического и поурочного планирования, представление результатов в таблице (см. табл. 7.3).

6. Подготовка конспекта урока по одной (двум) темам, учитывая направленность урока (урок по ознакомлению с новым материалом; урок по закреплению изученного; урок проверки знаний, умений и навыков; урок по систематизации и обобщению изученного материала), или заполнение таблицы (см. табл. 7.4).

Занятие 3

Задачи занятия: сформировать представление о поливариантности школьных задач по теме рассматриваемого раздела, а также программных средств и способов их решения; умение систематизировать задачи; навыки постановки разнотипных и разноуровневых учебных, познавательных и учебно-познавательных задач; представление о трудностях учащихся, возникающих при решении задач, и умение находить пути их преодоления.

Способ организации занятия: лабораторная работа.

Средства обучения: научно-методическая и учебная литература [6, 8, 9, 10, 13, 14, 17, 25, 31, 32], программные средства [2, 3, 4, 18, 22].

Предварительная подготовка студента к занятию

1. Изучить программные средства, используемые в школе для изучения способов представления и исследования различных информационных моделей.

3. Проанализировать задачи на предмет характерных затруднений, возникающих у учащихся в процессе их решения.

2. На основе классификаций информационных моделей рассмотреть типологию задач, используемых в процессе изучения основ информационного моделирования.

3. Провести анализ целесообразности использования в процессе изучения основ информационного моделирования учебных, познавательных и учебно-познавательных задач.

4. Решение задач.

4.1. Алгоритмы в информационных моделях.

4.2. Создание информационных моделей с помощью графического редактора.

4.3. Создание информационных моделей с помощью текстового процессора.

4.4. Информационные модели в электронных таблицах.

4.5. Информационные модели в базах данных.

5. Разработать комплекс разнотипных и разноуровневых задач, в котором каждая задача содержит: формулировку, тип, описание способов решения, средства решения, решение.

Форма и способы организации учебной деятельности студентов: беседа по вопросам-проблемам, эвристическая беседа; работа в группах; индивидуальная/парная работа за компьютером.




Моделирование процессов управления в реальных системах; выявление каналов прямой и обратной связи и соответствующих информационных потоков.

Управление работой формального исполнителя с помощью алгоритма.

3) Предложите 10 контрольных вопросов для основной ступени и старшей ступени по рассматриваемым темам.

1. Этапы решения прикладных задач на ЭВМ: постановка задачи, построение математической модели, выбор метода решения.

2. Этапы решения прикладных задач на ЭВМ: разработка алгоритма.

3. Этапы решения прикладных задач на ЭВМ: разработка программы, отладка, применение и сопровождение программы

4. Какие этапы компьютерного решения задач осуществляются без участия компьютера?

5. Что называют математической моделью объекта или явления?

6. Почему невозможно точное исследование поведения объектов или явлений?

7. Какие способы моделирования осуществляются с помощью компьютера?

8. Из каких последовательных действий состоит процесс разработки программы?

9. Чем тестирование программы отличается от её отладки?

10. Как следует планировать процесс отладки программы?

11. В чём заключается отличие синтаксических ошибок от семантических?

13. Какие разновидности ошибок транслятор не в состоянии обнаружить?

14. Для чего программам требуется сопровождение?

Задание 2. Представление темы в школьных учебниках.

1) Познакомиться с изложением в школьных учебниках следующих вопросов:

Информационное моделирование - исследование объектов познания на их моделях; построение и изучение моделей реально существующих объектов, процессов или явлений с целью получения объяснений этих явлений, а также для предсказания явлений, интересующих исследователя.

· Элементы системного анализа в курсе информатики.

• В чем суть системного подхода.

• Структура системы; использование графов для отображения структуры.

• Развитие системного мышления учащихся.

Под системой понимается любой объект, состоящий из множе­ства взаимосвязанных частей, и существующий как единое целое.

Основным методическим принципом информационного моде­лирования является системный подход, согласно которому всякий объект моделирования рассматривается как система. Из всего мно­жества элементов, свойств и связей выделяются лишь те, которые являются существенными для целей моделирования. В этом и зак­лючается сущность системного анализа. Задача системного анали­за, который проводит исследователь — упорядочить свои пред­ставления об изучаемом объекте, для того чтобы в дальнейшем отразить их в информационной модели.




Сама информационная модель представляет собой также неко­торую систему параметров и отношений между ними. Эти пара­метры и отношения могут быть представлены в разной форме: графической, математической, табличной и др. Таким образом, просматривается следующий порядок этапов перехода от реаль­ного объекта к информационной модели:

Реальный объект и Системный анализ и Система данных, существенных для моделирования и Информацион­ная модель

Важной характеристикой всякой системы является ее структу­ра. Структура — это определенный порядок объединения элемен­тов, составляющих систему. Другой вариант определения, встречающийся в литературе: структура — это множество связей между элементами системы. Наиболее удобным и наглядным способом представления структуры систем являются графы. Описываются основные правила представления гра­фов, вводятся понятия вершина, дуга, ребро, ориентированный граф, дерево, сеть. Обычно у учащихся не вызывает проблем понимание схем, представленных в форме графа: граф родственных связей, граф системы связанных между собой населенных пунктов и др.

· Линия моделирования и базы данных.

• Признаки компьютерной информационной модели.

• Является ли база данных информационной моделью.

• Задачи, решаемые на готовой базе данных.

• Проектирование базы данных (БД) — задача для углублен­ного курса.

Общая схема этапов решения практической задачи на ЭВМ ме­тодами информационного моделирования выглядит следующим образом (рис. 1):

Два первых этапа относятся к предметной области решаемой задачи. На третьем этапе происходит выбор подходящего инстру­ментального средства в составе программного обеспечения ЭВМ для реализации модели. Такими средствами могут быть: электрон­ные таблицы, СУБД, системы программирования, математичес­кие пакеты, специализированные системы моделирования обще­го назначения или ориентированные на данную предметную об­ласть. В базовом курсе информатики изучаются первые три из перечисленных программных средств.

Основные признаки компьютерной информационной модели:

• наличие реального объекта моделирования;

• отражение ограниченного множества свойств объекта по прин­ципу целесообразности;

• реализация модели с помощью определенных компьютерных средств;

• возможность манипулирования моделью, активного ее исполь­зования.

Первый критерий: наличие предметной области, некоторого реального объекта (системы), к которым относится БД, практи­чески всегда выполняется. Например, если в БД содержатся све­дения о книгах в библиотеке, значит, объектом моделирования является книжный фонд библиотеки. Если БД содержит анкет­ные данные сотрудников предприятия, значит, она моделирует кадровый состав этого предприятия. Если в БД хранятся сведе­ния о результатах сдачи экзаменов абитуриентами в институт, следовательно, она моделирует процесс вступительных экзаме­нов и т. п.

Удовлетворение второму критерию также несложно обосновать. Каждый из моделируемых объектов (как перечисленные выше, так и любые другие) обладает гораздо большим числом свойств, характеристик, атрибутов, чем те, что отражены в БД. Отбор ат­рибутов, включаемых в БД, происходит в процессе проектирова­ния базы, когда главным критерием является критерий целесооб­разности, т. е. соответствия цели создания БД, требованиям к ее последующим эксплуатационным свойствам. Например, в БД книжного фонда библиотеки не имеет смысла вносить такие ха­рактеристики книги, как ее вес, адрес типографии, где была на­печатана книга, годы жизни автора и пр.

Третий критерий, очевидно, выполняется, поскольку речь идет о компьютерной базе данных, созданной в среде некоторой СУБД.

В рамках обсуждаемой темы перед учителем информатики сто­ят две педагогические задачи: научить использовать готовые ин­формационные модели; научить разрабатывать информационные модели. В минимальном варианте изучения базового курса пред­почтение отдается первой задаче. В таком варианте ученикам мо­гут быть предложены задачи следующего типа: имеется готовая база данных; требуется осуществить поиск нужной информации;

выполнить сортировку данных по некоторому ключу; сформиро­вать отчет с нужной информацией. Решение этой задачи не требу­ет вмешательства в готовую модель.

Другой тип задач: расширить информационное содержание базы данных. Например, имеется реляционная база данных, содержа­щая сведения о книгах в библиотеке:

БИБЛИОТЕКА(НОМЕР, ШИФР, АВТОР, НАЗВАНИЕ)

Требуется изменить структуру БД таким образом, чтобы из нее можно было узнать, находится ли книга в настоящее время в биб­лиотеке, и если книга выдана, то когда и кому.

Новые цели требуют внесения изменений в модель, в структу­ру базы данных. Ученики должны спланировать добавление новых полей, определить их типы. Решение может быть таким: после добавления полей база данных будет иметь следующую структуру:

БИБЛИОТЕКА(НОМЕР, ШИФР, АВТОР, НАЗВАНИЕ, НАЛИЧИЕ, ЧИТАТЕЛЬ, ДАТА)

Здесь добавлены поля:

— НАЛИЧИЕ — поле логического типа; принимает значение True, если книга находится в библиотеке, и значение False, если выдана читателю;

— ЧИТАТЕЛЬ — поле числового (или символьного) типа; со­держит номер читательского билета человека, взявшего книгу;

Несмотря на все сказанное выше, не следует преувеличивать в интерпретации каждого задания на работу с базой данных, как задачи моделирования. И на минимальном уровне изучения темы можно предлагать ученикам простые задачи на разработку баз дан­ных, решение которых очевидно. К числу таких задач, например, относится задача разработки баз данных типа записной книжки с адресами знакомых, телефонного справочника и пр.

· Информационное моделирование и электронные таблицы.

• Что такое математическая модель.

• Понятия: компьютерная математическая модель, численный эксперимент.

• Пример реализации математической модели на электронной таблице.

Электронные таблицы являются удобной инструментальной средой для решения задач математического моделирования.

Что же такое математическая модель? Это описание состояния или поведения некоторой реальной системы (объекта, процесса) на языке математики, т.е. с помощью формул, уравнений и других математических соотношений. Характерная конфигурация всякой математической модели представлена. Обобщенная структура математической модели

Здесь Х и У — некоторые количественные характеристики мо­делируемой системы.

Реализация математической модели — это применение опреде­ленного метода расчетов значений выходных параметров по зна­чениям входных параметров. Технология электронных таблиц — один из возможных методов реализации математической модели. Другими методами реализации математической модели может быть составление программ на языках программирования, применение математических пакетов (MathCAD, Математика и др.), примене­ние специализированных программных систем для моделирова­ния. Реализованные такими средствами математические модели будем называть компьютерными математическими моделями.

Цель создания компьютерной математической модели — про­ведение численного эксперимента, позволяющего исследовать мо­делируемую систему, спрогнозировать ее поведение, подобрать оптимальные параметры и пр.

Итак, характерные признаки компьютерной математической модели следующие:

• наличие реального объекта моделирования;

• наличие количественных характеристик объекта: входных и выходных параметров;

• наличие математической связи между входными и выходны­ми параметрами;

• реализация модели с помощью определенных компьютерных средств.

В качестве примера использования электронных таблиц для математического моделирования рассмотрим задачу о выборе ме­ста строительства железнодорожной станции из учебников.

· Моделирование знаний в курсе информатики.

• Что такое база знаний.

• Различные типы моделей знаний.

• Логическая модель знаний и Пролог.

Среди разнообразных систем искусственного интеллекта наи­более распространенными являются экспертные системы. В основе экспертной системы лежит база знаний — модель знаний в оп­ределенной предметной области, представленная в формализо­ванном виде и сохраненная в памяти компьютера.

Существуют различные типы моделей знаний. Наиболее извес­тные из них — продукционная модель, семантическая сеть, фрей­мы, логическая модель.

Продукционная модель знаний построена на правилах (они на­зываются продукциями), представляемыми в форме:

ЕСЛИ выполняется некоторое условиеТО выполняется некоторое действие

На основе поступающих данных экспертная система, анализи­руя имеющиеся правила, принимает решение о необходимых дей­ствиях. Например:

ЕСЛИ температура в помещении ≤15°ТО включить отопление

Продукционные модели часто используются в промышленных экспертных системах.

Фреймы. Фрейм — это некоторый абстрактный образ, относя­щийся к определенному типу объектов, понятий. Фрейм объеди­няет в себе атрибуты (характеристики), свойственные данному объекту. Фрейм имеет имя и состоит из частей, которые называ­ются слотами. Изображается фрейм в виде цепочки:

Такое представление называется прототипом фрейма. Если же в слоты подставить конкретные значения, то получится экземп­ляр фрейма. Например:

Слоты сами могут быть фреймами. Таким образом, возможны иерархии фреймов, сети фреймов. К фреймам применимо поня­тие наследования свойств. Для реализации моделей знаний с ис­пользованием фреймов хорошо подходит технология объектно-ориенированного программирования.

ПРОЛОГ является языком логического программирования. Как известно, в программировании для ЭВМ существует не­сколько различных направлений (парадигм): процедурное про­граммирование, функциональное программирование, логичес­кое программирование, объектно-ориентированное программи­рование. В языке Пролог реализована логическая парадигма. Однако в рамках базового курса информатики использование Пролога очень ограничено и о программировании, в полном смысле этого слова, здесь речи не идет. Пролог рассматривается лишь как средство построения несложных баз знаний логичес­кого типа. При таком подходе систему Пролог можно рассмат­ривать как своеобразную систему управления базами знаний (по аналогии с СУБД). Она позволяет создавать базу знаний и обра­щаться к ней с запросами.

2) Выписать определения основных понятий по темам.

Математическое моделирование, модель, моделирование, адекватность модели, математический метод, оптимизационная модель, допустимое решение модели, область допустимых решений модели, оптимальное решение модели.

Задание 3. Разработка практического задания.

Предложить 2 практических задания для 9 класса и 2 задания для 10-11 класса с базовым уровнем изучения курса для формирования умений, представленных в требованиях стандарта.

Задание 4. Конспект.

Разработать конспект урока в соответствии с вариантом:

1) Понятие модели. Урок усвоения нового материала.

2) Моделирование. Урок обобщения.

3) Виды моделирования. Урок закрепления.

4) Моделирование в ЭТ. Урок применения знаний, умений и навыков.

5) Этапы моделирования. Урок усвоения нового материала.

6) Математические модели в биологии. Урок применения знаний, умений и навыков.

7) Виды моделей. Урок применения знаний, умений и навыков.

8) Решение задач с использованием графов. Урок применения знаний, умений и навыков.

9) База данных как модель предметной области. Урок усвоения нового материала.

2. В каком из учебников информатики линия моделирования является ведущей? Как осуществлена ее связь с другими содержатель­ными линиями базового курса?

3. Какие средства программного обеспечения ЭВМ могут использоваться при изучении информационного моделирования?

5. Сформулируйте логически последовательную цепочку опре­делений для следующих понятий (порядок указан произвольно): дере­во, элемент, структура, система, сеть, отношение, граф.

6. Каким образом Вы будете вводить понятие графа и его струк­туры. Как Вы думаете, в каком классе можно дать это понятие с мето­дической точки зрения?

7. На какие примеры из школьных предметов можно опереться, поясняя мысль о том, что моделирование явлений и событий помогало лучше понять их суть, предсказать законы их поведения, и т. д.

3 Ответьте на следующие содержательные вопросы:

1. Объясните, почему моделирование представляет собой один из основных методов познания.

2. Назовите преимущества упорядочения информации в виде таблицы. Перечислите элементы таблицы.

3. Приведите примеры объектов информационного моделирования из различных предметных областей.

4. Перечислите виды информационных моделей.

5. Перечислите основные этапы моделирования.

6. Какое место занимает системный анализ в информационном моделировании?

7. Какие свойства электронных таблиц делают их удобным инструментом для математического моделирования?

9. В чем состоит смысл принципа системного эффекта?

4 Решите следующие задачи:

1. Выпишете номера информационных (не натурных) моделей:

а) макет декорационного оформления театральной постановки;

б) эскизы костюмов к театральному спектаклю;

в) макет книги или журнала;

д) макет строения молекулы воды;

е) генеалогическое дерево;

з) макет скелета человека;

и) расписание уроков;

к) игрушечный паровоз;

л) схема метрополитена;

м) оглавление книги.

2. Приведите примеры объектов, имеющих следующие структуры (рис. 19):

3. Выделите как можно больше различных свойств (признаков) объекта моделирования и отметьте, какие из них являются существенными с точки зрения цели моделирования.

Объект моделирования Цель моделирования Существенные свойства объекта Несущественные свойства объекта
Новый процессор Организовать рекламную компанию по его продвижению на рынок

4. Постройте таблицу по следующим данным:

Полярная звезда находится в созвездии Малая Медведица. Бетельгайзе находится в созвездии Ориона. Расстояние до Спики – 260 световых лет. Денеб находится в созвездии Лебедя. Акрукс ярче Солнца в 2200 раз. Расстояние до Бетельгайзе – 650 световых лет. Ригель ярче Солнца в 55000 раз. Канопус находится в созвездии Стрекоза. Расстояние до Капеллы – 46 световых лет. Спика находится в созвездии Дева. Антарес находится в созвездии Скорпион. Расстояние до Арктура – 36 световых лет. Альдебаран ярче Солнца в 165 раз. Бетельгайзе ярче Солнца в 22000 раз. Расстояние до Акрукса – 260 световых лет. Денеб ярче Солнца в 72500 раз. Расстояние до Антареса – 425 световых лет. Альдебаран находится в созвездии Телец. Антарес ярче Солнца в 6600 раз. Расстояние до Канопуса – 181 световой год. Арктур находится в созвездии Волопас. Капелла ярче солнца в 150 раз

Расстояние до Полярной звезды – 780 световых лет. Ригель находится в созвездии Орион. Спика ярче Солнца в 2200 раз. Акрукс находится в созвездии Южный Крест. Расстояние до Альдебарана – 70 световых лет. Арктур ярче Солнца в 105 раз. Расстояние до Денеба – 1600 световых лет. Канопус ярче Солнца в 6600 раз. Капелла находится в со-звездии Возничий. Полярная звезда ярче Солнца в 6000 раз. Расстояние до Ригеля – 820 световых лет.

Для созданной таблицы укажите:

A) тип; В) объекты или класс объектов;

Б) заголовок таблицы; Г) свойства объектов и их значение.

5. Приготовьте и заполните таблицу.

Термин Ключевые слова Примеры
Граф Схема метрополитена, структура моле-кул, карта дорог, компьютерная сеть.
Вершины графа Станции метро, атомы в молекуле, города на карте дорог.
Дуги Линии на родословном дереве
Ребра Линии, соединяющие атомы в молекуле, линии дорог на карте дорог, линии дорог метрополитена.
Ориентиро-ванный граф Различные классификации (биологиче-ские, организационные и др.)
Дерево Генеалогическое дерево, классификации, файловая система
Сеть Всемирная паутина

5 Разгадайте кроссворд (рис. 20):

По горизонтали:

1. Некоторый предмет.

2. Описание модели с помощью формального языка.

3. Граф, предназначенный для отображения вложенности, подчиненно-сти, наследования и т.п. между объектами.

4. Общее название моделей, которые можно осязать.

5. Инструмент для компьютерного моделирования.

6. Общее название моделей, которые представляют собой совокупность полезной и нужной информации об объекте


Учи.Дома запускает бесплатный марафон в котором каждый день. В течении 5 дней утром ты будешь получать одно задание по выбранному предмету, а вечером его решение. Твоя задача, успеть выполнение задание до того как получишь ответ.

Бесплатно, онлайн, подготовка к ЕГЭ

Предварительный просмотр:

Министерство образования Нижегородской области

Отдел образования администрации Лукояновского Муниципального района

Муниципальное бюджетное образовательное учреждение

Большемаресьевская средняя школа

Методическая разработка раздела образовательной программы по Информатике

Баженов Иван Александрович

В настоящее время информатика и информационные технологии мощным потоком влились в нашу жизнь. Трудно назвать другую область человеческой деятельности, которая развивалась бы так стремительно и порождала такое разнообразие проблем, как информатизация и компьютеризация общества.

Курс информатики был введен в школу как средство обеспечения компьютерной грамотности учащихся, подготовки школьников к практической деятельности, к труду в информационном обществе.

Работа с компьютерными моделями, которые обучающиеся используют при изучении темы, способствуют сформировать у учащихся понятие компьютерной модели, как метода познания окружающей жизни, организовать деятельность учащихся по созданию и исследованию компьютерной модели для практического использования в различных жизненных ситуациях.

Методика выстроена таким образом, что обучающиеся сами ищут ответы на вопросы, поставленные учителем. Такой подход способствует формированию самостоятельности учащихся, развивает их исследовательскую компетентность, даёт возможность самим ученикам выбрать способ решения поставленной проблемы.

Поставленная перед учащимися цель – создание мини-проекта, повышает мотивацию к изучению информатики и других предметов.

Преподавание курса ориентировано на системно-информационную концепцию программы.

- Освоение учащимися таких понятий как модель, моделирование, формализация, осуществление исследований и анализ компьютерной модели, как метода познания окружающей жизни

- Развитие исследовательской компетентности учащихся при моделировании различных процессов по созданию и исследованию компьютерной модели для практического использования в различных жизненных ситуациях.

  • сформировать представление о подходах к классификации моделей;
  • сформировать представление о разновидностях информационных моделей в зависимости от формы представления.
  • выработать ориентировочную основу действий учащихся при проведении моделирования;
  • познакомить учащихся с кругом задач, для которых можно проводить моделирование в прикладных программных средах;
  • закрепить умения работы в прикладных программных средах.

Переход от детства к взрослости составляет основное содержание и специфическое отличие всех сторон развития подростка в этот период: физического, умственного, нравственного, социального. Важность этого возраста определяется и тем, что в нем закладываются основы и намечаются общие направления формирования моральных и социальных установок личности.

Основной психологической характеристикой старшего школьного возраста можно считать направленность в будущее. Это касается различных сторон психической жизни. Старший школьник стоит на пороге социальной взрослости. У него появляются конкретные жизненные планы, соответствующие им мотивы.

Более реальным становятся представления о требованиях общества к личности. Для школьника становится более весомым мнение взрослых, в том числе и учителей. Поведение старшего школьника все больше становится целенаправленно-организованным, сознательным, волевым. Все большую роль играют сознательно выработанные или усвоенные критерии, нормы и своего рода жизненные принципы. Появляются элементы мировоззрения, возникает устойчивая система ценностей. Рождается интерес к внутреннему миру - своему, других людей, появляется умение ставить себя на место другого человека и сопереживать ему.

Учебная деятельность становится учебно-профессиональной, реализующей профессиональные и личностные устремления обучающихся. Ведущее место у старшеклассников занимают мотивы, связанные с самоопределением и подготовкой к самостоятельной жизни, с дальнейшим образованием и самообразованием. Эти мотивы приобретают личностный смысл и становятся значимыми.

Становление социально-активной позиции личности старшеклассника осуществляется в каждый момент их школьной жизни и учебы и определяется, в частности, нормой установленных отношений и характером общения. Это в полной мере касается и уроков информатики.

Мышление на уровне формальных операций требует способности формулировать, проверять и оценивать гипотезы. Оно предполагает манипулирование не только известными элементами, которые можно проверить, но также вещами, противоречащими фактам ( Например: "Давайте предположим, просто ради обсуждения, что. " ).

В учебной деятельности обучающихся 14-16 лет имеются свои трудности и противоречия, но есть и преимущества, которые заключаются в избирательной готовности, в повышенной восприимчивости к тем или иным сторонам обучения. Большим достоинством подростка является его готовность ко всем видам учебной деятельности, делающим его взрослым в собственных глазах. Его привлекают самостоятельные формы организации занятий, сложный учебный материал, возможность самому строить свою познавательную деятельность за пределами детского объединения. При этом для подростков в равной степени имеет значение, как содержание, так и процесс, способы, приемы овладения знаниями. Формирование мотивов учения непосредственно связано с удовлетворением доминирующих потребностей возраста. Одна из таких потребностей подростка – познавательная. Подростков привлекает возможность расширить, обогатить свои знания, проникнуть в сущность изучаемых явлений, осмыслить жизненное значение знаний и, прежде всего их значение для развития личности.

Методика информационного моделирования связана с вопросами системологии, системного анализа. Степень глубины изучения этих вопросов существенно зависит от уровня подготовленности школьников.

Возраст учеников позволяет им усваивать знания самостоятельно.

Это повышает способности к самокритичности и самоанализу, формирует навыки самообразования. При выполнении практических работ в курсе также решаются исследовательские задачи способом самостоятельного поиска информации в Интернет , повышая интеллектуальный уровень учащихся.

Данная тема позволяет реализовать не только познавательные, но и творческие потребности учеников, развивает эстетические чувства, умение видеть прекрасное в жизни. Возможно изучать отдельные разделы дома самостоятельно, а также использовать метод проектов.

Уроки, ориентированные на моделирование, выполняют развивающую, общеобразовательную функцию, поскольку при их изучении обучающиеся продолжают знакомство еще с одним методом познания окружающей действительности – методом компьютерного моделирования.

Основным результатом изучения данной темы, считаю, формирование системно-информационной картины мира через освоение основных понятий моделирования.
Развитие личности учащихся, способности к решению учебно-практической задачи на основании межпредметных знаний для практического использования в различных жизненных ситуациях. Приобретение учащимися опыта решения задач школьных дисциплин с использованием умений и навыков работы за компьютером и ресурсов Интернет, опыта творческой деятельности и учебного сотрудничества в достижении цели.

-повышение интереса к предмету;

-умение находить информацию в Интернете;

- формирование творческого подхода в работе;

- умение обрабатывать материал;

- реализация творческого потенциала учащихся, выраженная в умении создать конечный продукт (в данном случае – мини-проект).

Итог работы: создание учащимися мини-проекта (модели) с использованием различного программного обеспечения и ресурсов Интернет.

Говоря о методологической значимости линии формализации и моделирования, следует отметить, что сегодня практически для каждого члена современного информационного общества крайне важно умение строить информационные структуры (модели) для описания объектов и систем. Важнейшим общекультурным интеллектуальным навыком является умение переводить проблемы из реальной действительности в адекватную, оптимальную модель (информационную, математическую, физическую и т. п.), оперировать этой моделью в процессе решения задачи при помощи понятийного аппарата и средствами той науки, к которой относится построенная модель, и, наконец, правильно интерпретировать полученные результаты.

Значимость курса информатики в плане освоения учащимися моделирования как метода научного познания детально анализируется в методическом пособии С.Бешенкова и Е.Ракитиной "Моделирование и формализация". По мнению авторов, курс информатики в наибольшей степени (по сравнению с другими учебными предметами, оперирующими понятием модели) "способствует приведению в систему знаний учащихся о моделях и осознанному применению информационного моделирования в своей учебной (уже в среднем звене начинается активное применение информационных моделей как средства обучения и инструмента познания практически на всех предметах), а затем и практической деятельности. Построение моделей на уроках математики, физики, химии, биологии и пр. должно быть подкреплено изучением на уроках информатики вопросов, связанных с этапами построения модели, анализом ее свойств, проверкой адекватности модели объекту и цели моделирования, выяснением влияния выбора языка моделирования на то, какую информацию об объекте мы можем получить, изучая его модель и т.п.".

Причем, в педагогике моделирование должно рассматриваться в трех аспектах:

- как средство обучения, поскольку большая часть учебной информации поступает к обучаемому в виде учебных моделей самого разнообразного вида;

- как инструмент познания, поскольку любая познавательная деятельность связана с построением моделей объекта изучения;

- как объект изучения, поскольку любая модель может рассматриваться как новый конструктивный объект.

В преподавании информатики "моделирование должно рассматриваться и использоваться во всех названных аспектах, поскольку одна из задач информатики — научить учащихся работать с информацией, но это невозможно сделать, не научив их "работать" с информационными моделями".

Основные понятия и планируемые предметные результаты обучения

Понятие модели – центральное понятие курса информатики, которое как красная нить должно проходить по всему содержанию курса, поскольку формализация и моделирование являются базовыми компонентами при изучении всех разделов информатики.

Можно выделить два основных направления построения информационных моделей:

1.Построение математических моделей – обучая алгоритмизации и программированию как основному средству построения математических моделей. Здесь модели представляются как наборы величин в алгоритмах, изучаются различные типы данных, отрабатываются этапы решения задач на ЭВМ как частный случай этапов перехода от реального объекта к информационной модели, формируются умения формализации, проведения вычислительного эксперимента.

2.Построение информационных моделей с использованием информационных технологий. Здесь можно обойтись прикладным программным обеспечением общего назначения: табличные процессоры, СУБД.

Прилагаемая презентация является кратким опорным конспектом по теме для учащихся, который, конечно же, сопровождается эвристической беседой, разнообразными примерами и рассчитана, как минимум, на два часа. Основные понятия темы рассматриваются с использованием технологии построения любой информационной модели и системного анализа. Рассматриваются и обсуждаются основные признаки информационной компьютерной модели: наличие реального объекта моделирования, отражение целесообразного множества свойств, реализации при помощи определенных компьютерных средств, возможность постоянного, активного использования. Активизируется внимание на осуществление основных этапов разработки и исследования моделей.

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

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

На третьем этапе необходимо формализованную информационную модель преобразовать в компьютерную модель, то есть выразить ее на понятном для компьютера языке.

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 так далее.

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.

Таким образом, содержательная линия "Моделирование и формализация" — это одна из важнейших содержательных линий курса информатики, формирующая системно-информационную картину мира в сознании учащихся, так как позволяет осознанно выделять в окружающей действительности отдельные объекты, видеть отношения между объектами, выделять существенные признаки объектов, классифицировать их и объединять в множества, строить схемы и "видеть" внутреннюю структуру объекта, представлять одни объекты посредством других с целью их изучения, представления, изготовления или использования.

- развитие наглядно-образного, наглядно-действенного, интуитивного, творческого видов мышления;

- расширение изучаемой предметной области за счет возможностей моделирования, виртуального эксперимента, сокращения времени на поисковые работы;

- вооружение студента способами усвоения учебного материала и решения задач на уровне реализации возможностей систем искусственного интеллекта;

- формирование информационной культуры на уровне современного развития социума за счет осуществления информационно-учебной деятельности и работы с программными средствами и системами.

Прежде чем перейти к прикладным вопросам моделирования, необходим вводный разговор, обсуждение некоторых общих понятий, в частности тех, которые обозначены в обязательном минимуме. Для этого в учебном плане должно быть выделено определенное время под тему “Введение в информационное моделирование”. Для учителя здесь возникают проблемы как содержательного, так и методического характера, связанные с глубоким научным уровнем понятий, относящихся к этой теме. Методика информационного моделирования связана с вопросами системологии, системного анализа. Степень глубины изучения этих вопросов существенно зависит от уровня подготовленности школьников. В возрасте 14—15 лет дети еще с трудом воспринимают абстрактные, обобщенные понятия. Поэтому раскрытие таких понятий должно опираться на простые, доступные ученикам примеры.

В зависимости от количества учебных часов, от уровня подготовленности учеников вопросы формализации и моделирования могут изучаться с разной степенью подробности.

Можно выделить три типа задач из области информационного моделирования, которые по возрастанию степени сложности для восприятия учащимися располагаются в таком порядке:

1) дана информационная модель объекта; научиться ее понимать, делать выводы, использовать для решения задач;

2) дано множество несистематизированных данных о реальном объекте (системе, процессе); систематизировать и, таким образом, получить информационную модель;

3) дан реальный объект (процесс, система); построить информационную модель, реализовать ее на компьютере, использовать для практических целей.

Первый, минимальный уровень содержания темы “Введение в информационное моделирование” соответствует материалу, изложенному в главе 6 учебника Семакина И.Г. и др. Информатика: базовый курс: 7-9 кл.

Понятие модели. Типы информационных моделей. Разговор с учениками по данной теме можно вести в форме беседы. Сам термин “модель” большинству из них знаком. Попросив учеников привести примеры каких-нибудь известных им моделей, учитель наверняка услышит в ответ: “модель автомобиля”, “модель самолета” и другие технические примеры. Хотя технические модели не являются предметом изучения информатики, все же стоит остановиться на их обсуждении. Информатика занимается информационными моделями. Однако между понятиями материальной (натурной) и информационной модели есть аналогии. Примеры материальных моделей для учеников более понятны и наглядны. Обсудив на таких примерах некоторые общие свойства моделей, можно будет перейти к разговору о свойствах информационных моделей.

Расширив список натурных моделей (глобус, манекен, макет застройки города и др.), следует обсудить их общие свойства. Все эти модели воспроизводят объект-оригинал в каком-то упрощенном виде. Часто модель воспроизводит только форму реального объекта в уменьшенном масштабе. Могут быть модели, воспроизводящие какие-то функции объекта. Например, заводной автомобильчик может ездить, модель корабля может плавать. Из обобщения всего сказанного следует определение:

Модель — упрощенное подобие реального объекта или процесса.

В любом случае модель не повторяет всех свойств реального объекта, а лишь только те, которые требуются для ее будущего применения. Поэтому важнейшим понятием в моделировании является понятие цели. Цель моделирования — это назначение будущей модели. Цель определяет те свойства объекта-оригинала, которые должны быть воспроизведены в модели.

Полезно отметить, что моделировать можно не только материальные объекты, но и процессы. Например, конструкторы авиационной техники используют аэродинамическую трубу для воспроизведения на земле условий полета самолета. В такой трубе корпус самолета обдувается воздушным потоком. Создается модель полета самолета, т. е. условия, подобные тем, что происходят в реальном полете. На такой модели измеряются нагрузки на корпусе, исследуется прочность самолета и пр. С моделями физических процессов работают физики-экспериментаторы. Например, в лабораторных условиях они моделируют процессы, происходящие в океане, в недрах Земли и т.д.

Условимся в дальнейшем термин “объект моделирования” понимать в широком смысле: это может быть и некоторый вещественный объект (предмет, система) и реальный процесс.

Закрепив в сознании учеников понимание смысла цепочки • объект моделирования — цель моделирования — модель”, можно перейти к разговору об информационных моделях. Самое общее определение:

Информационная модель — это описание объекта моделирования.

Иначе можно сказать, что это информация об объекте моделирования. А как известно, информация может быть представлена в разной форме, поэтому существуют различные формы информационных моделей. В их числе, словесные, или вербальные модели, графические, математические, табличные. Следует иметь в виду, что нельзя считать этот список полным и окончательным. В научной и учебной литературе встречаются разные варианты классификаций информационных моделей. Например, еще рассматривают алгоритмические модели, имитационные модели и др. Естественно, что в рамках базового курса мы вынуждены ограничить эту тему. В старших классах при изучении профильных курсов могут быть рассмотрены и другие виды информационных моделей.

Построение информационной модели, так же как и натурной, должно быть связано с целью моделирования. Всякий реальный объект обладает бесконечным числом свойств, поэтому для моделирования должны быть выделены только те свойства, которые соответствуют цели. Процесс выделения существенных для моделирования свойств объекта, связей между ними с целью их описания называется системным анализом.

Форма информационной модели также зависит от цели ее создания. Если важным требованием к модели является ее наглядность, то обычно выбирают графическую форму. Примеры графических моделей: карта местности, чертеж, электрическая схема, график изменения температуры тела со временем. Следует обратить внимание учеников на различные назначения этих графических моделей. На примере графика температуры можно обсудить то обстоятельство, что та же самая информация могла бы быть представлена и в другой форме. Зависимость температуры от времени можно отразить в числовой таблице — табличная модель, можно описать в виде математической функции — математическая модель. Для разных целей могут оказаться удобными разные формы модели. С точки зрения наглядности, наиболее подходящей является графическая форма.

А что обозначает слово “формализация”? Это все то, о чем говорилось выше.

Формализация — это замена реального объекта или процесса его формальным описанием, т. е. его информационной моделью.

Построив информационную модель, человек использует ее вместо объекта-оригинала для изучения свойств этого объекта, прогнозирования его поведения и пр. Прежде чем строить какое-то сложное сооружение, например мост, конструкторы делают его чертежи, проводят расчеты прочности, допустимых нагрузок. Таким образом, вместо реального моста они имеют дело с его модельным описанием в виде чертежей, математических формул. Если же конструкторы пожелают воспроизвести мост в уменьшенном размере, то это уже будет натурная модель — макет моста.
- Авторские подходы к раскрытию тем в различных учебниках и учебных пособиях

Место, которое занимает тема информационного моделирования, в различных учебниках существенно различается. В целом, в процессе развития школьной информатики следует отметить увеличение веса данной линии в общем содержании курса.

Объекты изучения в информатике
Разные науки изучают и исследуют разные объекты или одни и те же объекты, но с разных сторон. Например, космические тела изучаются на уроках астрономии, земная поверхность — на уроках физической географии, растительный и животный мир — на уроках биологии, прошлое человечества — на уроках истории, принципы работы некоторых технических устройств — на уроках физики и технологии, пространственные формы и количественные отношения — на уроках математики.
Информатика — наука, изучающая закономерности протекания процессов передачи, хранения и обработки информации в природе, обществе, технике, а также способы автоматизации этих процессов с помощью компьютера.
Объектами изучения в информатике являются информация , информационный процесс, алгоритм , исполнитель, компьютер , включая его аппаратное и программное обеспечение , и т. д.

Читайте также: