Основные этапы разработки и исследования моделей на компьютере

Проверено___________________ Зам директора УР Мункенова К.К. Предмет: Информатика Дата: 08­15.02.17г Класс: 8 «А,Б» Урок: 21­22 Тема урока: «Основные этапы разработки и исследования моделей на компьютере». Цель урока: Дать учащимся представление о моделей и возможностях их использования.  Задачи: Образовательная:  научиться составлять моделей на компьютере, умение анализировать информацию, выделять главное. Развивающая: развитие речи, умение делать выводы, выделять главное. Воспитывающая:  умение высказывать свое мнение, прислушиваться к чужому, работать коллективно, способность следовать нормам поведения. Тип урока: Повторение. Оборудование: компьютер, мультимедийный проектор, презентация по теме урока. План урока: І Актуализация знаний. (2 мин) II. Проверка домашнего задания. (10 мин)  III. Теоретическая часть. (24 мин) IV. Д/з (2 мин) V. Закрепление урока(3 мин) VI. Анализ и рефлексия. (2 мин)  VIІ. Итог урока. (2 мин)  І Актуальизация знаний. 1.         Организационный момент. Приветствие, проверка присутствующих. Объяснение хода урока. Ход урока: ІІ  Проверка домашнего задания. Фронтальный опрос. 1. 2. во весь экран? Как войти в СП TurboPascal? Какой комбинацией клавиш нужно воспользоваться, чтобы открыть окно программы 3. 4. 5. 6. 7. Как запустить программу на выполнение? Какая клавиша позволяет выйти из просмотра? Какая команда позволяет открыть уже созданную программу? Каким образом можно сохранить написанную программу? Как выйти из СП TurboPascal? III. Теоретическая часть. Лекция. Использование   компьютера   для   исследования   информационных   моделей   различных объектов и систем позволяет изучить их изменения в зависимости от значения тех или иных параметров.   Процесс   разработки   моделей   и   их   исследование   на   компьютере   можно разделить на несколько основных этапов. Описательная информационная модель. 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. Формализованная модель. На втором этапе создается формализованная модель, т. е. описательная информационная модель записывается с помощью какого­либо формального языка.   В   такой   модели   с   помощью   формул,   уравнений   или   неравенств   фиксируются формальные соотношения между начальными и конечными значениями свойств объектов, а также накладываются ограничения на допустимые значения этих свойств. Однако далеко не всегда удается найти формулы, явно выражающие искомые величины через   исходные   данные.   В   таких   случаях   используются   приближенные   математические методы, позволяющие получать результаты с заданной точностью.     Компьютерная   модель. На   третьем   этапе   необходимо   формализованную информационную   модель   преобразовать   в   компьютерную   модель,   т.   е.   выразить   ее   на понятном для компьютера языке. Существуют различные пути построения компьютерных моделей, числе: ­ создание компьютерной модели в форме проекта на одном из языков программирования; ­   построение   компьютерной   модели   с   использованием   электронных   таблиц   или   других приложений:   систем   компьютерного   черчения,   систем   управления   базами   данных, геоинформационных систем и т. д. том в   В процессе создания компьютерной модели полезно разработать удобный графический интерфейс, который позволит визуализировать формальную модель, а также реализовать интерактивный диалог человека с компьютером на этапе исследования модели. Компьютерный эксперимент. Четвертый этап исследования информационной модели состоит   в   проведении   компьютерного   эксперимента.   Если   компьютерная   модель существует в виде проекта на одном из языков программирования, ее нужно запустить на выполнение, ввести исходные данные и получить результаты. Если   компьютерная   модель   исследуется   в   приложении,   например   в   электронных таблицах,   то   можно   построить   диаграмму   или   график,   провести   сортировку   и   поиск данных или использовать другие специализированные методы обработки данных. При   использовании   готовой   компьютерной   визуальной   интерактивной   модели необходимо   ввести   исходные   данные,   запустить   модель   на   выполнение   и   наблюдать изменение объекта и характеризующих его величин. В   виртуальных   компьютерных   лабораториях   можно   проводить   эксперименты   с реальными   объектами.   Для   этого   к   компьютеру   присоединяются   датчики   измерения физических   параметров   (температуры,   давления,   силы   и   др.),   данные   измерений передаются   в   компьютер   и   обрабатываются   специальной   программой.   Результаты эксперимента в виде таблиц, графиков и диаграмм отображаются на экране монитора и могут быть распечатаны. Анализ   полученных   результатов   и   корректировка   исследуемой   модели. Пятый этап состоит в анализе полученных результатов и корректировке исследуемой модели. В случае   несоответствия   результатов,   полученных   при   исследовании   информационной модели,   измеряемым   параметрам   реальных   объектов   можно   сделать   вывод,   что   на предыдущих этапах построения модели были допущены ошибки или неточности. Например, при построении описательной качественной модели могут быть неправильно отобраны существенные свойства объектов в процессе формализации могут быть допущены ошибки в формулах и т. д. В этих случаях необходимо провести корректировку модели, причем уточнение модели может проводиться многократно, пока анализ результатов не покажет их соответствие изучаемому объекту. Приближенное решение уравнений Точное решение  существует только для некоторых уравнений определенного вида  (линейные, квадратные, тригонометрические и др.), поэтому для большинства уравнений  приходится использовать методы приближенного решения.   Построение графиков функций может  использоваться для грубо приближенного решения  уравнений. Для  уравнений вида f(х)=0, где f(х)­ некоторая непрерывная функция, корни  этого уравнения являются точки пересечения с осью Х. Экспертные системы Профессиональные экспертные системы достаточно широко используются в различных  областях науки и техники. Такие системы позволяют автоматически выявлять причины  сбоев в работе сложных технических систем (например, космических кораблей),  распознать личность человека по его отпечаткам пальцев или радужной оболочке глаза и т.  д. Основная задача экспертных систем ­ распознавание объектов или состояний объекта. В  процессе обучения встречается достаточно много учебных ситуаций, когда вам приходится выступать в роли эксперта и распознавать тот или иной объект. Обычно такие задачи  выполняются методом проб и ошибок, без осознания и фиксации стратегии поиска. Создание учебной экспертной системы позволяет осознать и зафиксировать  последовательность рассуждений или действий, которая приводит к распознаванию того  или иного объекта среди некоторой совокупности. Экспертная   система   может   быть   представлена   в   виде алгоритма   состоящего   из последовательности шагов с использованием алгоритмической структуры «ветвление».  Информация и управление Жизнедеятельность любого организма или нормальное функционирование технического  устройства связаны с процессами управления. Процессы управления включают в себя  получение, хранение, преобразование и передачу информации. В повседневной жизни мы встречаемся с процессами управления очень часто: пилот управляет самолетом, а помогает ему в этом автоматическое устройство­ автопилот; директор и его заместители управляют производством, а учитель ­ обучением школьников; процессор обеспечивает синхронную работу всех узлов компьютера, каждым его внешним  устройством руководит специальный контроллер; без дирижера большой оркестр не может согласованно исполнить музыкальное  произведение, а хоккейная или баскетбольная команда обязательно имеет одного или  нескольких тренеров, которые организуют подготовку спортсменов к соревнованиям. Управление ­ это целенаправленное взаимодействие объектов, одни из которых являются  управляющими, а другие ­ управляемыми. Модели, описывающие информационные процессы управления в сложных системах,  называются информационными моделями процессов управления. В любом процессе  управления всегда происходит взаимодействие 2­х двух объектов ­ управляющего и  управляемого, которые coединены каналами прямой и обратной связи. По каналу прямой  связи передаются управляющие сигналы, а по каналу обратной связи ­ информация о  состоянии управляемого объекта. Процесс управления имеет определенные общие закономерности. Их изучением занимается специальная наука, которая называем кибернетикой. Основоположником кибернетики  считается американский ученый Норберт Винер. Большой вклад в развитие теоретической  и прикладной кибернетики внесли русские ученые: академики A. Берг и В. Глушков. Разомкнутая схема управления В простейшем случае управляющий объект посылает свои команды исполнительному  объекту, без учета его состояния. В этом случае воздействия передаются только в одном  направлении, такая система называется разомкнутой. Такой процесс не учитывает состояние управляемого объекта и обеспечивает управление  по прямому каналу (от управляющего объекта к управляемому). Подобные системы  управления называются разомкнутыми. Информационную модель разомкнутой системы  управления можно наглядно представить с помощью следующей схемы: Разомкнутыми системами являются всевозможные информационные табло на вокзалах и  аэропортах, которые управляют перемещениями пассажиров. К рассматриваемому классу  систем можно стнести и современные программируемые бытовые приборы. Как правило, описанная схема управления не очень эффективна и нормально работает  только до возникновения экстремальных условий. Так, при больших потоках транспорта  возникают пробки, в аэропортах и вокзалах приходится дополнительно открывать  справочные бюро, в микроволновой печи при неправильной программе может произойти  перегрев и. т. п. Замкнутая схема управления. Обратная связь Более совершенные системы управления отслеживают результаты деятельности  управляемой системы. В таких системах дополнительно появляется ешё один  информационный поток ­ от объекта управления к системе управления; его принято  называть обратной связью. Именно по каналу обратной связи передаются сведения о  состоянии объекта и степени достижения (или, наоборот, не достижения) цели управления. В том случае, когда управляющий объект получает информацию о реальном положении  управляемого объекта по каналу обратной связи и производит необходимые перемещения по прямому каналу управления, система управления называются замкнутой.  Информационная модель замкнутой системы управления наглядно представлена на схеме: Главным принципом управления в замкнутой системе является выдача управляющих  команд в зависимости от получаемых сигналов обратной связи. В такой системе  управляющий объект стремится скомпенсировать любое отклонение управляемого объекта от состояния, предусмотренного целями управления. Обратную связь, при которой управляющий сигнал стремится уменьшить  (скомпенсировать) отклонение от некоторой поддерживаемой величины, принято  называть отрицательной.  Примеры: Потовыделение у животных.Регулятор температуры в холодильниках Тип обратной связи, при котором изменение выходного сигнала системы приводит к  такому изменению входного сигнала, которое способствует дальнейшему отклонению  выходного сигнала от первоначального значения, принято называть положительной. Пример: Микрофон рядом с динамиком  может создать сильный шум. Примером замкнутых систем управления является хорошо знакомое вам обучение в  классе. Здесь управляющую систему представляет учитель, а ученики являются объектом  управления. Прямой канал передачи информации ­ что передача знаний учителем, а  обратная связь ­ ответы учеников, результаты контрольных работ, сочинения и т. п.  Благодаря обратной связи в результате анализа проведенной контрольной учитель может,  например, провести дополнительный урок по данной теме или, наоборот, особо  отличившихся учеников освободить от заданий. V. Домашнее задание. ­ выучить материалы лекции. ­ Задача: Сделать модель.  VI. Закрепление урока: 1. Каковы основные этапы разработки и исследования моделей на компьютере? 2.   Какие   программные   средства   обычно   используются   для   создания   компьютерных моделей? VІІ. Анализ и рефлексия. Дайте ответы на следующие вопросы: Что нового мы изучили на уроке? Зачем нужны шрифт, абзацы, отступы и интервалы? Какую практическую значимость имеют полученные знания? Что вам удалось сделать на уроке? Были ли вы успешны во время урока?      VIIІ. Итог урока. Выставление оценок.