Компьютерные модели различных процессов

Технологическая карта открытого урока по предмету Информатика Компьютерные модели различных процессов

2. Цели и задачи занятия:

Общеобразовательные:

•       студенты должны освоить основные базовые понятия информатики: модель, определение модели;

•       усвоить виды моделей: предметные и информационные;

•       усвоить образные и знаковые модели, процесс формализации и визуализации моделей;

•       усвоить необходимость и способы построения моделей с использованием компьютера; Развивающие:

•       формировать целостное восприятие окружающего мира;

•       развивать информационное видение явлений и процессов окружающего мира при создании и использовании моделей;

•       показать применение моделей в смежных науках и областях: математика, физика, химия, география и т. д.; Воспитывающие:

•       формирование познавательного интереса студентов;

•       расширение кругозора;

•       формирование креативного мышления при описании окружающего мира различными субъектами информационно-коммуникативной среды.

3.     Вид занятия: лекция и практическое занятие

4.     Тип урока: Комбинированный урок (КУ)

5.     Методы обучения: словесный, наглядный, проблемно-поисковый, практический

6.     Формы организации работы: беседа, рассказ, диалог, практическая работа, постановка целей и задач студентами.

7.     Межпредметные связи: математика, физика, астрономия, химия, география

8.     Оборудование: компьютерный класс, экран, проектор, презентация, раздаточный материал, глобальная компьютерная сеть Интернет.

 

Ход урока

(Слайд 1) Здравствуйте, студенты! Присаживайтесь. Начнем урок. 2. Сообщение темы и цели занятия

•       (Слайд 1) Тема нашего урока – «Компьютерные модели различных процессов»

Модели играют важную роль в проектировании и создании различных технических устройств, машин и механизмов, зданий , электрических цепей и т.д.

     

•       (Слайд 2) Модель - это условный образ объекта, формирующий представление о нем, о его форме, свойствах, характеристиках объекта.

Человечество прошло огромный путь в моделировании объектов, от наскальных изображений до сложнейших математических моделей, применяемых в прогнозировании погоды, построении моделей сложных физических, химических и биологических процессов. Все знания человечества представляют своего рода модели объектов, процессов и явлений.

•       Давайте подумаем с какими моделями мы встречаемся в нашей жизни.

•       (Слайд 3)  на слайде представлены модели объектов в миниатюре.  Это уменьшенная модель дома,  автомобиля, самолета, корабля, земли. И увеличенная модель молекулы ДНК

 

 

3. Мотивация учебной деятельности

•       (Слайд 4) Давайте попробуем ответить на вопрос: Что такое Модель?

•       Модель – это объект, который обладает некоторыми свойствами другого объекта (оригинала) и используется вместо него.

•       Приведите примеры и поясните приведенные «модели».

Студенты отвечают на вопросы

Учебные модели - наглядные пособия, различные тренажеры, обучающие  программы. 

Опытные модели - это уменьшенные или увеличенные копии  проектируемого объекта. 

По-другому опытные модели называют натурными и используют для исследования объекта и прогнозирования его будущих характеристик. 

Например, модель корабля испытывается в бассейне для определения устойчивости судна при качке, а уменьшенная копия автомобиля "продувается" в аэродинамической трубе для изучения обтекаемости его кузова. Модель гидростанции еще при разработке проекта помогает решить гидротехнические, экологические и многие другие проблемы. 

 

4. Работа по теме урока в соответствии с его видом (Слайд 5) Как вы думаете что же  можно моделировать?

Модели объектов: уменьшенные копии зданий, кораблей, самолетов, … модели ядра атома, кристаллических решеток чертежи 

Все это - Материальные модели иначе можно назвать предметными, физическими.

                     Они воспроизводят геометрические и физические свойства оригинала и всегда  имеют реальное воплощение.

 Самые простые примеры материальных моделей - детские игрушки. По ним ребенок получает первое представление об окружающем мире. Двухлетний малыш играет с игрушечной машиной или зайкой. Если ребенок увидит  реальные объекты (проезжающий автомобиль, зайца в зоопарке), он без труда узнает их. Более того, играя, ребенок не только изучает различные свойства настоящих объектов, используя их модели, но и моделирует различные жизненные ситуации. Например, девочки играя в куклы, моделируют отношения: семейные («дочки-матери»), профессиональные (врач-пациент), бытовые (покупатель-продавец).

Подобные модели реализуют материальный подход к изучению объекта, явления или процесса.

…

Модели процессов: изменение экологической обстановки экономические модели исторические модели

Информационные модели нельзя потрогать или увидеть воочию, они не имеют материального воплощения, потому что они строятся только на информации. В основе этого метода моделирования лежит информационный подход к изучению окружающей действительности.

…

Модели явлений: землетрясение солнечное затмение

цунами

Информационная модель - совокупность информации, характеризующая свойства  и состояния объекта, процесса, явления, а также взаимосвязь с внешним миром.

Информация, характеризующая объект или процесс, может иметь разный объем и форму представления, выражаться различными средствами. Это многообразие настолько безгранично, насколько велики возможности каждого человека и его фантазии.

К информационным моделям можно отнести идею, возникшую у изобретателя, и музыкальную тему, промелькнувшую в голове композитора, и рифму, возникшую в сознании поэта.

 

 

(Слайд 6) Моделирование – это создание и использование моделей для изучения оригиналов.

Как вы считаете когда используют моделирование?

-   Когда оригинал не существует

•      древний Египет

•      последствия ядерной войны (Н.Н. Моисеев, 1966)

-   Когда - исследование оригинала опасно для жизни или дорого:

•      управление ядерным реактором (Чернобыль, 1986)

•      испытание нового скафандра для космонавтов

•      разработка нового самолета или корабля

-   Когда оригинал сложно исследовать непосредственно:

•      Солнечная система, галактика (большие размеры)

•      атом, нейтрон (маленькие размеры)

•      процессы в двигателе внутреннего сгорания (очень быстрые)

•      геологические явления (очень медленные)

-   Когда интересуют только некоторые свойства оригинала проверка краски для фюзеляжа самолета

 

(Слайд 7) Цели моделирования

Никакая модель не может заменить сам объект. Но при решении конкретной задачи, когда нас интересуют определённые свойства изучаемого объекта, модель оказывается полезным, а иногда и единственным инструментом исследования.

1.исследование оригинала

изучение сущности объекта или явления

«Наука есть удовлетворение собственного любопытства за казенный счет» (Л.А. Арцимович)

2.анализ («что будет, если …») научиться прогнозировать последствия различных воздействиях на оригинал

3.синтез («как сделать, чтобы …») научиться управлять оригиналом, оказывая на него воздействия

4.оптимизация («как сделать лучше»)

выбор наилучшего решения в заданных условиях

 

 

(Слайд 8) Один оригинал – одна модель? Оригиналу может соответствовать        несколько разных моделей и наоборот! Как вы думаете почему? Например, рассмотрим объект «человек» с точки зрения различных наук: В механике – это материальная точка, в химии – объект, состоящий из различных химических веществ, в биологии – система, стремящаяся к самосохранению.

С другой стороны, разные объекты могут описываться одной моделью, Например, в механике различные материальные объекты рассматриваются как материальные точки

(Слайд9) Зачем нужно много моделей? Тип модели определяется целями моделирования

 

 

(Слайд 10) Природа моделей материальные (физические, предметные) модели: информационные модели представляют собой    информацию о свойствах и состоянии объекта,    процесса, явления, и его взаимосвязи с внешним миром:

•         вербальные – словесные или мысленные

•         знаковые – выраженные с помощью формального языка

q  графические (рисунки, схемы, карты, …)

q  табличные 

q  математические (формулы) 

q  логические (различные варианты выбора действий на     основе анализа условий)

q  специальные (ноты, химические формулы)

 

 (Слайд11 ) Модели по области применения

-учебные (в т.ч. тренажеры)

-опытные – при создании новых технических средств

По-другому опытные модели называют натурными и используют для исследования объекта и прогнозирования его будущих характеристик.  Например, модель корабля испытывается в бассейне для определения устойчивости судна при качке, а уменьшенная копия автомобиля "продувается" в аэродинамической трубе для изучения обтекаемости его кузова. Модель гидростанции еще при разработке проекта помогает решить гидротехнические, экологические и многие другие проблемы.

-научно-технические

Научно-технические модели создают для исследования процессов и  явлений.  К ним можно отнести, например, и синхротрон - ускоритель электронов, и прибор, имитирующий разряд молнии, и стенд для проверки телевизоров.

 

(Слайд 12) Модели по фактору времени

статические – описывают оригинал в заданный момент времени силы, действующие на тело в состоянии покоя результаты осмотра врача

фотография динамические  модель движения тела

явления природы (молния, землетрясение, цунами) история болезни

видеозапись события

 

Слайд 13)  Давайте рассмотрим что представляют из себя Образные модели:

     Это - рисунки, фотографии и т. д.  представляют зрительные образы и фиксируются на каком – то носителе.

 

 

 

 (Слайд 14) Знаковые модели     строятся с использованием различных языков (знаковых систем), например, закон Ньютона, таблица Менделеева, карты, графики, диаграммы.

Различные формы для наглядности: блок – схемы, графы, пространственные чертежи, модели электрических цепей или логических устройств, графики, диаграммы.

 

 

(Слайд 15) Визуализация формальных моделей:

использование различных форм для наглядности (блок – схемы, графы, пространственные чертежи, модели электрических цепей или логических устройств, графики, диаграммы…)

 

 Анимация: динамика, изменение, взаимосвязь между величинами.

 

Формализация

(Слайд 16) Формализация - это процесс построения информационных моделей с помощью формальных языков.

•       физические информационные модели (закон Ома, электрическая цепь),

•       математические модели (алгебра, геометрия, тригонометрия),          астрономические модели (модель Птолемея и Коперника),     формальные логические модели (полусумматор, триггер) и т. д.

 

 

 (Слайд 17) Пути построения моделей

•       текстовые редакторы,

•       графические редакторы,

•       презентации,

•       Macromedia Flash,

•       построение модели с помощью одного из приложений: электронных таблиц, СУБД.

•       построение алгоритма решения задачи и его кодировка на одном из языков программирования (Visual Basic, Паскаль, Basic и т. д.). Показ презентации во время изучения нового материала

6. Обобщение и систематизация знаний

(Слайд 18) Геоинформационные модели

•                                    Просмотр видео ролика о Геоинформационных системах, основанных на электронных трехмерных моделях которые позволяют перевести работу с данными предприятия в новое качество

 

•                                    (Слайд 19)

•                                    Вам для обобщения и систематизации полученных знаний мы сейчас с вами выполним  упражнения. (Для выполнения упражнений студенты по очереди приглашаются к интерактивной доске) 

•                                    (Слайд 20)

•                                    Сейчас мы с вами выполним практическую работу на основе готовой модели.        Используя Сервис построение графиков функций 

•                                    построить графики функций:

•                                    а) y=cos(x),                         б) y=2cos(x),

•                                    в) y=cos(x-2),

•                                    г) y=cos(x) – 3                               д) у=5x+7

                     

Студенты выполняют задание у доски

 

•                                    (Слайд 22) Задание №2: 

•                                    На основе исследование модели chimiya (химия)

•                                    определите, в каких пробирках находятся указанные вещества

 

 

(Слайд 23) Сейчас мы с вами постоим материальную модель и проведем исследование этой модели. 

 

Объект исследования: Бумажные модели самолетов

 

Проблемный вопрос : Какая модель бумажного самолетика пролетит на самую длинную дистанцию и самое долгое планирование в воздухе? 

 

Задачи: 

1   Провести исследование дальности полёта для различных моделей.

2   Пронаблюдать характер движения для различных моделей. 3 Провести исследование дальности полёта для моделей с различными сортами бумаги и их свойствами. 

 

Гипотеза:

Если при моделировании изменять форму крыла и носа бумажного самолетика, то может измениться дальность и продолжительность его полета. Наилучших скоростных характеристик и устойчивости полета достигают самолетики с острым носом и узкими длинными крыльями, а увеличение размаха крыльев позволяет существенно увеличить время полета планера.

  

Методы исследования:  

1.Анализ прочитанной литературы;

2.Моделирование;

3.Исследование полетов бумажных самолетиков.

 

-Прошу разбиться на группы из трех человек. (каждой группе раздаются макеты самолетов и три вида бумаги для изготовления.)

 

(Слайд 24 -  25) Сообщение студента «История бумажного самолетика» (Слайд 26) теперь у нас есть семь моделей самолетов из разной бумаги

(газета, тетрадный лист и офисная бумага) 

Проведем эксперимент  

 (Слайд 19) Опрос студентов (рефлексия):

•       Дайте определение понятия «модель».

•       Перечислите виды моделей.

•       Приведите примеры материальных и информационных моделей.

•       Образные и знаковые модели, приведите примеры.

•       Что такое «визуализация» и «формализация» моделей.

•       Перечислите способы построения моделей. Студенты сдают практическую работу

 

 

Студенты отвечают на вопросы для рефлексии

8. Сообщение дом.задания

    (Слайд 20) Итак, Ваше домашнее задание, выучить записи в тетради, а также прочитать п. 2.1 – 2.4, стр. 80-86. Учебник - Информатика и ИКТ, Н.Д.

Угринович

Студенты записываю домашнее задание