Занятие 11 по информатике

Одним из способов познания окружающего мира является моделирование, то есть создание и исследование модели реального объекта, процесса или природного явления. При построении и исследовании модели  вводят понятие объекта исследования (оригинала или прототипа), который замещает объект-оригинал так, что его изучение даёт новые знания об объекте-оригинале. При создании модели важным этапом является сбор информации об оригинале и цель построения модели.

Модель – это объект, отражающий существенные свойства реального объекта исследования, которые отобраны в соответствии с заданной целью изучения.

Разные науки исследуют объекты и процессы под разными углами зрения и строят различные типы моделей. В физике изучаются процессы взаимодействия и изменения объектов, в химии - их химический состав, в биологии - строение и поведение живых организмов и т. д. Рассмотрим в качестве примера человека: в разных науках он исследуется в рамках различных моделей. В механике его можно рассматривать как материальную точку, в химии - как объект, состоящий из различных химических веществ, в биологии - как систему, стремящуюся к самосохранению и т. д.

Для описания и исследования одного и того же объекта может использоваться несколько моделей. С другой стороны, для описания и исследования разных объектов может использоваться одна и та же модель.

Никакая модель не может заменить сам объект. Но при решении конкретной задачи, когда нас интересуют определенные свойства изучаемого объекта, модель оказывается полезным, а подчас и единственным инструментом исследования. Модели могут принимать разные виды и формы. Классифицировать модели можно по разным признакам.

Информационные модели можно подразделить на вербальные и знаковые. 

Естественные языки используются для создания описательных информационных моделей. В истории науки известны многочисленные описательные информационные модели, например, гелиоцентрическая модель мира, которую предложил Коперник.

С помощью формальных языков строятся знаковые информационные модели: (математические, табличные, графические). Знаковые модели очень часто могут быть смешанными.

Основной задачей процесса моделирования является выбор наиболее адекватной к оригиналу модели и перенос результатов исследования на оригинал. Существуют достаточно общие методы и способы моделирования. В настоящее время эффективным и значимым является метод компьютерного моделирования.

Компьютерное моделирование начинается обычно с объекта изучения, в качестве которого могут выступать: явления, процесс, предметная область, жизненные ситуации, задачи. После определения объекта изучения строится модель. При построении модели выделяют основные, доминирующие факторы, отбрасывая второстепенные. Выделенные факторы перекладывают на понятный компьютеру язык, строят алгоритм, программу. Когда программа готова, проводят компьютерный эксперимент и анализ полученных результатов моделирования при вариации модельных параметров. И уже в зависимости от этих выводов делают нужные коррекции на одном из этапов моделирования: либо уточняют модель, либо алгоритм, либо точнее описывают объект изучения.

Однако важно не путать компьютерную модель (моделирующую программу) с самим явлением. Модель полезна, когда она хорошо согласуется с реальностью. Но модели могут предсказывать и те вещи, которые не произойдут, а некоторые свойства действительности модель может и не прогнозировать. Тем не менее, полезность модели очевидна, в частности, она помогает понять, почему происходят те или иные явления.

Современное компьютерное моделирование выступает как средство общения людей (обмен информационными, компьютерными моделями и программами), осмысления и познания явлений окружающего мира (компьютерные модели солнечной системы, атома и т.п.), обучения и тренировки (тренажеры), оптимизации (подбор параметров). Компьютерные модели проходят очень много изменений и доработок прежде, чем принимают свой окончательный вид.

Компьютерная модель - это модель реального процесса или явления, реализованная компьютерными средствами.

Компьютерные модели, как правило, являются знаковыми или информационными. К знаковым моделям в первую очередь относятся математические, демонстрационные и имитационные модели.

Главной задачей компьютерного моделирования выступает построение информационной модели объекта, явления. Информационная модель - набор величин, содержащий необходимую информацию об объекте, процессе, явлении.

Обычно в компьютерном моделировании различные виды моделирования дополняют друг друга. Так, если математическая формула очень сложна, что не дает явного представления об описываемых ею процессах, то на помощь приходят графические и имитационные модели. Компьютерная визуализация может быть намного дешевле реального создания натуральных моделей.

С появлением мощных компьютеров распространилось графическое моделирование на основе инженерных систем для создания чертежей, схем, графиков. Если система сложна, а требуется проследить за каждым её элементом, то на помощь могут прийти компьютерные имитационные модели. На компьютере можно воспроизвести последовательность временных событий, а потом обработать большой объем информации.

Однако следует чётко понимать, что компьютер является хорошим инструментом для создания и исследования моделей, но он их не придумывает. Абстрактный анализ окружающего мира с целью воссоздания его в модели выполняет человек.

Контрольные вопросы:

1.    Что такое модель? Моделирование?

2.    На какие виды подразделяют модели по способу представления?

3.    Что такое материальная модель?

4.    Что называют информационной моделью?

5.    Назовите виды информационных моделей. Знаковых?

6.    Что является основной задачей процесса моделирования?

7.    Перечислите основные этапы разработки и исследования моделей на компьютере.

8.    Что такое компьютерная модель?

9.    Опишите примеры сочетания разных видов компьютерного моделирования.

Используемые источники:

1.     Семакин И.Г. Информатика. Базовый уровень: учебник для 10 класса / И.Г. Семакин, Е.К. Хеннер, Т.Ю. Шеина.-3е изд. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2014.

2.     Информатика и ИКТ. 10 класс. Базовый уровень / Под ред. проф. Н.В. Макаровой. – СПб.: Питер, 2009.  

3.     http://school-collection.edu.ru/catalog/rubr/a30a9550-6a62-11da-8cd6-0800200c9a66/63363/?  - Информационное моделирование на компьютере. «Информатика-базовый курс», 9 класс, Семакина И., Залоговой Л., Русакова С., Шестаковой Л.

4.     http://www.gmcit.murmansk.ru/text/information_science/base/simulation/materials/material4_2.htm - Занятие Модель. Моделирование. Роль моделирования в научных и практических исследованиях. Типы моделей. Компьютерное моделирование. Построение компьютерной модели.

5.     https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%BE%D0%BC%D0%BF%D1%8C%D1%8E%D1%82%D0%B5%D1%80%D

0%BD%D0%BE%D0%B5_%D0%BC%D0%BE%D0%B4%D0%B5%D0%BB%D0%B8%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0 %B0%D0%BD%D0%B8%D0%B5 – Википедия. Компьютерное моделирование.