Лекция: Модели объектов и их назначение. Примеры информационных моделей в школе Вербальные информационные модели

««Моделирование и формализация» 11 класс» - Составьте модели. Тестирование. Гонка за знаниями. Конверты с задачами. Свод правил поведения учащихся. Биологические модели. Номера материальных моделей. Структура. Материальные модели. Прогноз погоды. Шахматы. Эстафета терминов. Группы меняются местами. Карта местности. Расшифруйте известные термины.

«Этапы разработки модели» - 3 этап. Основные этапы разработки и исследования моделей на компьютере. Практическое задание. 2 этап. Модель солнечной системы. 5 этап. 1 этап. Описательные информационные модели обычно строятся с использованием естественных языков и рисунков. Построение описательной информационной модели. 4 этап.

«Системный подход в моделировании» - Системный подход в организациях. Основные определения системного подхода: Системный подход к реструктуризации затрат. Функция - работа элемента в системе. Системный подход как основа введения профильного обучения. Питер Фердинанд Дракер. Система - совокупность взаимосвязанных элементов, образующих целостность или единство.

«Моделирование как метод научного познания» - Построим таблицу. Метод познания окружающего мира. Иерархическая модель. Тип. Два класса объектов. Юра живет в Новгороде. Пятеро ребят. Этапы моделирования. Математическое моделирование. Сирень. Таблица типа «объекты-свойства». Реальные предметы. Семантическая сеть структуры органов власти. Разработка компьютерной модели.

«Моделирование» - Примеры моделирования. Модели самолетов и кораблей. Компьютерная модель. Слова для вставки. Рисунки. Моделирование. Примеры моделирования в различных областях деятельности. Компьютерный эксперимент. Система. Объекты и процессы. Визуализация формальных моделей. Основные этапы разработки. Приведите примеры.

«Моделирование, формализация, визуализация» - Система. Проведение компьютерного эксперимента. Основные этапы. Сетевая структура. Цены устройств компьютера. Модели. Классификация компьютера. Предметные модели. Модели разбиваются на два класса. Сетевые информационные модели. Визуализация моделей. Типы информационных моделей. Два пути построения компьютерной модели.

Всего в теме 18 презентаций

1. Вставьте пропущенные слова.

2. Продолжите фразы.

а) Модель – объект, который используется в качестве «заместителя», представителя другого объекта (оригинала) с определённой целью.
б) Натурная (материальная) модель
в) Информационная модель

3. Отметьте истинные высказывания.

4. Почему в представленных ситуациях целесообразно прибегать к моделированию?

5. Определите, какие из следующих моделей являются информационными, а какие натурными (соедините стрелками).

6. Для каждой из приведённых моделей запишите действие, которое можно выполнять и с ней, и с объектом – оригиналом, а также действие, которое невозможно выполнить с моделью.

7. Опишите примеры использования моделей для:

8. Внимательно прочитайте текст п. 2.1 «Модели объектов и их назначение». С каким методом познания окружающего мира вы познакомились? Опишите его.

9. Укажите информационные модели.

10. Укажите пары объектов, о которых можно сказать, что они находятся в отношении «Объект - модель».

11. Заполните схему разновидностей информационных моделей.

12. Приведите примеры:
а) образной информационной модели – чертежи, рисунки
б) знаковой информационной модели – словесное описание, формулы
в) смешанной информационной модели – таблицы, графики, диаграммы, схемы (карты, графы, блок-схемы)

13. Встречались ли вы с информационными моделями в повседневной жизни. Приведите пример.
Таблицы с формулами, с физическими характеристиками.
Расписание уроков.
Различные графики.
Формулы в математике, физике.
Чертежи различных механизмов.
Фотографии, иллюстрации в учебниках и на плакатах.

14. Внимательно прочитайте текст п. 2.2 «Информационные модели». Составьте план пересказа этого параграфа

15. Воспользуйтесь учебником истории и приведите пример словесной модели исторического события.
Последствия событий 13 века:
события этого века положили начало отстаивания русских земель от стран Западной Европы;
Золотоордынское иго нанесло огромный ущерб экономическому, политическому и культурному развитию Руси.

16. Воспользуйтесь учебником географии и приведите пример словесной модели географического объекта или природного процесса.
Океан – главный хранитель воды, давно поражающий исследователей необычностью своих свойств.
Вода пронизывает всю географическую оболочку и производит в ней разнообразную работу.

17. Воспользуйтесь учебником биологии и приведите пример словесной модели объекта растительного или животного мира.
Симбиоз – это взаимовыгодное отношение двух организмов.

18. Приведите примеры:

а) многозначных слов: ключ (от замка) – ключ (родник), ручка (для письма) – ручка (дверная), лист
железа – лист (дерева)
б) использование слов в прямом и переносном значении:
весенняя погода – весеннее настроение, золотые изделия – золотые руки, игрушка для детей – быть игрушкой в чьих-то руках
в) слов-синонимов: хранилище – склад, хвор – болезнь, гиппопотам – бегемот, ключ – родник, расслабление – релаксация, радость – веселье
г) слов – омонимов: ключ (от замка)- ключ (родник), коса (волос) – коса (инструмент), лук (оружие) – лук (растение)
д) слов – профессионализмов: индустриализация, индивидуализация, зона поражения, дифференциал, интеграл, релаксация, мотивация, экономическое развитие.

19. а) Модель каких отношений между людьми построена в басне И. А. Крылова «Волк и ягнёнок»? Приведите строки басни, подтверждающие вашу мысль.
Перед нами пример авторитарного стиля отношений. С одной стороны, волк, как олицетворение силы и, с другой стороны, ягнёнок – слабости. Строки: «Ягнёнка видит он, на добычу стремится» и «у сильного всегда бессильный виноват» подтверждают наши размышления.

б) Модели каких характеров людей построены в басне И. А. Крылова «Стрекоза и муравей»? Приведите строки басни, подтверждающие вашу мысль.
Противопоставляется модель беспечного типа характера (стрекоза) и трудолюбивого (муравей). Строки: «кто зимой быть сытым хочет» и «ты всё пела? Это дело: так иди же попляши!»

20. Пословицы, поговорки, крылатые выражения являются своеобразными моделями, которые мы используем в речи для придания ей образности и эмоциональности. Прочитайте истории возникновения поговорок и опишите современные ситуации, моделями которых они служат.

21. Придумайте и запишите сиквейны.

22. Внимательно прочитайте текст п. 2.3 «Словесные информационные модели». Письменно ответьте на вопрос «Почему естественный язык не всегда пригоден для создания информационных моделей»?

23. Постройте математическую модель решения задачи.
В одной упаковке находится n керамических плиток размером 33 см х 33 см. Сколько упаковок плитки потребуется для того, чтобы выложить ею пол в ванной комнате прямоугольной формы размером а см х b см?
Пусть Х – искомое количество упаковок, тогда:
Х=(axb)/(33х33)/n

24. Постройте графическую модель решения задачи.
Из пункта А в пункт F ведёт прямолинейная дорога длиной 35 км. Остановки автобуса расположены в точках B, C, D, E. Известно, что АС=12 км, BD=11 км, СЕ=12 км, DF=16 км. Найдите расстояние: AB, BC, CD, DE и EF.

25. Почему расположенный ниже рисунок можно считать геометрической моделью формулы

26. У садовника имеется 22 метра провода, которым он хочет обозначить на земле границу будущей клумбы. Форму клумбы ему надо выбрать из следующих вариантов:

Размер одной клетки – 1 м х 1 м. Хватит ли садовнику имеющегося провода, чтобы обозначить границу каждой из представленных клумб?
На 1-ю необходимо 20 м, на 2-ю -22 м, 3-ю – 22 м, 4-ю – 24 м.
→ не хватает только на 4-ю клумбу.

27. Внимательно прочитайте текст п. 2.4 «Математические модели». Письменно ответьте на вопрос: «Почему основным языком информационного моделирования в науке является язык математики, а не естественный язык?»

28. Приведите пример таблиц, с которой вы познакомились в школе.

29. Приведите пример таблицы, с которой вы повстречались в повседневной жизни.

30. Укажите основные элементы структуры правильно оформленной таблицы, обозначив места общего, верхнего и бокового заголовков, а также строку, столбец и ячейку таблицы.

31. Выпишите основные правила оформления таблиц.
1. Заголовок таблиц должен давать представление о содержащейся в ней информации.
2. Заголовки граф должны быть краткими, не содержать лишних слов и, по возможности, сокращений.
3. В таблице должны быть указаны единицы измерения. Если они общие для всей таблицы, то указываются в заголовке таблицы (либо в скобках, либо через запятую после названия). Если единицы измерения различаются, то они указываются в заголовках строк или граф.
4. Желательно, чтобы все ячейки таблицы были заполнены. При необходимости в них заносят следующие условные обозначения:
?- данные неизвестны,
8-данные невозможны,
↓-данные должны быть взяты из вышележащей ячейки.

32. Внесите необходимые дополнения в схему.

33. Приведите пример таблицы типа «объекты - свойства».

34. Приведите пример таблицы типа «объекты – объекты - один».

35. Приведите пример таблицы типа «объекты - объекты - несколько».

36. Приведите пример таблицы типа «объекты – свойства - объекты».

37. Внимательно прочитайте текст п. 2.5 «Табличные информационные модели». Письменно ответьте на вопрос: «Какие достоинства и недостатки имеют табличные информационные модели?»

38. В небольшом городке живут пятеро друзей: Иванов, Петров, Сидоров, Гришин и Алексеев. Профессии у них разные: один – маляр, другой – мельник, третий – плотник, четвёртый – почтальон, пятый – парикмахер. Петров и Гришин никогда не держали в руках малярной кисти. Иванов и Гришин всё собираются посетить мельницу, на которой работает их товарищ. Петров и Иванов живут в одном доме с почтальоном. Иванов и Сидоров каждое воскресенье играют в городки с плотником и маляром. Петров брал билеты на футбол для себя и мельника. Определите профессию каждого из друзей.

39. Студенты педагогического института организовали эстрадный квартет. Михаил играет на саксофоне. Пианист учится на географическом факультете. Ударника зовут не Валерием, а студента географического факультета зовут не Леонидом. Михаил учится не на историческом факультете. Андрей не пианист и не биолог. Валерий учится не на физическом факультете, а ударник – не на историческом. Леонид играет не на контрабасе. На каком инструменте играет Валерий и на каком факультете он учится?

{reklama}
40. Внимательно прочитайте текст п. 2.6 «Табличное решение логических задач». Опишите класс логических задач, которые удобно решать с помощью таблиц.

41. Мини-исследование. В течение недели фиксируйте в таблице время, которое вы затрачиваете на учёбу в школе, подготовку домашних заданий, помощь по дому, активный отдых, сон и другое.
Самостоятельно
Напишите небольшой текст о том, как проходит ваша неделя. Дайте оценку тому, как проходит ваша неделя. Что бы вы хотели изменить, чтобы время использовалось более рационально?
Самостоятельно

42. Внимательно прочитайте текст п. 2.7 «Вычислительные таблицы». Сформулируйте основной признак вычислительных таблиц.

43. Рассмотрите общий вид приложения Microsoft Excel. Соедините стрелками надписи с соответствующими элементами окна, знакомыми вам по работе с приложением Microsoft Word.

44. Внимательно прочитайте текст п. 2.8. «Электронные таблицы». Сформулируйте основные преимущества, которые даёт обработка информации с помощью электронных таблиц по сравнению с обработкой вручную.

45. Проведите наблюдения за погодой в своём населённом пункте в течение полного месяца. Результаты наблюдений занесите в таблицу.

46. В течение недели фиксируйте в таблице то, как вы распоряжаетесь своим свободным временем: сколько времени посвящаете чтению книг, сколько просмотру телепередач, сколько – общению с друзьями и т. д.
Самостоятельно

Проанализируйте, как вы используете своё личное время. Напишите об этом небольшой текст.
Самостоятельно

47. Каждый школьник ежегодно отдыхает в каникулы, выходные и праздничные дни. Во все оставшиеся дни школьнику положено учится. В соответствии с действующими на территории Российской Федерации нормативными правовыми актами нерабочими праздничными днями считаются: 1-5 января, 7 января, 23 февраля, 8 марта, 1 мая, 9 мая, 12 июня, 4 ноября. Если нерабочий праздничный день приходится на выходной, то предоставляется дополнительный нерабочий день.
На календаре 2007 года отметьте все нерабочие дни (выходные и праздничные) красным маркером, дни каникул – зелёным маркером.

Самостоятельно

48. Проведите небольшой опрос среди родственников, друзей, знакомых или соседей по следующим вопросам:
1) Что вы читаете (учебную или научную, научно-популярную, художественную литературу, глянцевые журналы и газеты)?
2) Сколько времени в день вы затрачиваете на чтение (до 30 минут, от 30 минут до 1 часа, более 1 часа)?
Опросите не менее 10 человек. Информацию представьте в таблицах.
Самостоятельно

49. Результат внезапного воздействия на организм человека какого-либо фактора внешней среды называется травмой.

На основании диаграммы, представляющей структуру детского травматизма, составьте соответствующее словесное описание. Подкрепите его примерами из реальной жизни.
По данным статистики детского травматизма за 2002 год зафиксировано:
45% - случаев бытового,
36% - уличного,
11% - школьного,
4% - дорожного,
4% - спортивного травматизма

Примеры приведите самостоятельно.

50. Данные о росте численности населения в мире представлены с помощью таблицы, столбчатой диаграммы и графика.

Какая из представленных информационных моделей даёт наиболее наглядное представление о росте численности населения и почему?
Из представленных моделей диаграмма даёт наиболее наглядное представление о росте численности населения.
Данная диаграмма обеспечивает точность и наглядность информации. С помощью данной диаграммы удобно сравнивать численность населения разных периодов.

51. Установите соответствие.

52. В цехе трудятся рабочие трёх специальностей – токари (Т), слесари (С) и фрезеровщики (Ф). Каждый рабочий имеет разряд, не меньший второго и не больший пятого. На диаграмме а) отражено количество рабочих с различными разрядами, а на диаграмме б) – распределение рабочих по специальностям. Каждый рабочий имеет только одну специальность и один разряд.

53. В электронную таблицу внесены следующие исходные данные и расчётные формулы:

54. Внимательно прочитайте текст п. 2.9 «Графики и диаграммы». Сформулируйте основные достоинства и недостатки, которыми обладают диаграммы.

55. Кратко опишите реальную жизненную ситуацию, в которой вам или членам вашей семьи доводилось пользоваться схемой.
При ремонте радио, электротехники пользуются электросхемами.
Удобно пользоваться схемами маршрутов при путешествиях.
Схемы метро помогают сориентироваться человеку при передвижении.
Есть наглядные схемы действий в различных ситуациях.
Схемы квартир помогают в создании дизайнерских решений.

56. Продолжите фразы:
а) Схема – это представление некоторого объекта в общих, главных чертах с помощью условных обозначений.
б) Географическая карта даёт нам уменьшенное обобщённое изображение поверхности Земли на плоскости в той или иной системе условных обозначений.
в) Чертёж – это условные графические изображения предметов с точным соотношением их размеров, получаемые методом проецирования.
г) Блок-схема – это один из наиболее наглядных способов записи алгоритмов; при этом используются условные обозначения.

57. Какие значения будут иметь переменные a и b после выполнения алгоритма?

61. Отношение между элементами множеств X и Y задано уравнением y=x+1. Изобразите это отношение с помощью графа, если X={3,6,9,12}, Y={7,10,13}.

62. Постройте дерево каталогов по следующим полным именам файлов.

63. По многоуровневому списку «Устройства персонального компьютера» (работа 5 компьютерного практикума) постройте древовидную схему отношений.

64. В таблице приведена стоимость перевозок между соседними железнодорожными станциями. Числа, стоящие на пересечениях строк и столбцов таблицы, означают стоимость проезда между соответствующими соседними станциями. Если пересечение строки и столбца пусто, то станции не являются соседними.

65. В таблице приведена стоимость перевозок между соседними железнодорожными станциями.

66. В таблице приведена стоимость перевозок между соседними железнодорожными станциями.
Стоимость проезда по маршруту складывается из стоимостей проезда между соответствующими соседними станциями. Определите наименьшую стоимость проезда из A в B.

67. Сергей – большой любитель кататься на скейтборде. Он нередко заходит в магазин «Спорт», чтобы выяснить цены на некоторые товары. В этом магазине можно купить полностью собранный скейтборд. Но можно купить платформу, один комплект из 4 колёс, один комплект из 2 держателей колёс, а также комплект металлических и резиновых деталей (подшипники, резиновые прокладки, болты и гайки), и собрать свой собственный скейтборд.
Цены на эти товары представлены в таблице:

68. Для составления цепочек разрешается использовать бусины пяти типов, обозначаемых буквами А, Д, Г, О, У. Каждая цепочка должна состоять из трёх бусин, при этом должны соблюдаться следующие правила:
1) на первом месте стоит одна из букв: А, О, У;
2) после гласной буквы в цепочке не может снова идти гласная, а после согласной – согласная;
3) последней буквой не может быть А.
Запишите все цепочки, которые могут быть построены по этим правилам.

69. Выпишите основные понятия главы 2 «Информационное моделирование» и дайте их определения.
Модель – объект, который используется в качестве «заместителя», представителя другого объекта (оригинала) с определённой целью.
Информационная модель – описания объектов-оригиналов на языках кодирования.
Натурная (материальная) модель – реальные предметы, в уменьшенном или увеличенном виде, воспроизводящие внешний вид, структуру и поведение объекта.
Модель математическая – модель, построенная с использованием математических понятий и формул.
Модель словесная – описание ситуации, события, процесса на естественном языке.
Таблица – перечень сведений, числовых данных, приведённых в определённую систему и разнесённых по графам; разновидность информационных моделей. Используется для описания ряда объектов, обладающих одинаковыми наборами свойств.
Таблица типа «объекты – объекты - несколько» (ООН) – это таблица, содержащая информацию о нескольких свойствах пар объектов, принадлежащих разным классам.
Таблица типа «объекты – объекты - один» (ООО) – это таблица, содержащая информацию о некотором одном свойстве пар объектов, чаще всего принадлежащих разным классам.
Таблица типа «объекты – свойства» (ОС) – это таблица, содержащая информацию о свойствах отдельных объектов, принадлежащих одному классу.
Таблица типа «объекты – свойства - объекты» (ОСО) – это таблица, содержащая информацию о свойствах пар объектов, принадлежащих разным классам, а также об одиночных свойствах объектов одного из классов.
Таблица вычислительная – таблица, в которой значения некоторых свойств вычисляются с использованием значений других свойств из этой же таблицы.
Схема – представление некоторого объекта в общих, главных чертах с помощью условных обозначений.

4. Моделирование и формализация (9 кл) .

4. 1 Модели и моделирование

Человек стремится познать объекты окружающего мира, он взаимодействует с существующими объектами и создает новые объекты.

Одним из методов познания объектов окружающего мира является моделирование, состоящее в создании и исследовании «заместителей» реальных объектов. «Объ­ект-заместитель» принято называть моделью , а исходный объект - прототипом или оригиналом.

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

Например, в разговоре мы замещаем реальные объекты их именами, оформите­ли витрин используют манекен - модель человеческой фигуры, конструкторы стро­ят модели самолетов и автомобилей, а ар­хитекторы - макеты зданий, мостов и парков. Моделью является любое нагляд­ное пособие, используемое на уроках в школе: глобус, муляж, карта, схема, таб­лица и т. п.

Что можно моделировать?

Можно строить модели объектов. Например,

Уменьшенные копии зданий, кораблей, самолетов, …

Модели ядра атома, кристаллических решеток

Чертежи

Можно строить модели процессов. Например,

Изменение экологической обстановки

Экономические модели

Исторические модели

Можно строить модели явлений. Например,

Землетрясение

Солнечное затмение

Модели используются человеком для:

Представления материальных предметов (макет за­стройки жилого района в мастерской архитектора);

Объяснения известных фактов (макет скелета челове­ка в кабинете биологии);

Проверки гипотез и получения новых знаний об иссле­дуемых объектах (модель полета самолета новой кон­струкции в аэродинамической трубе);

Прогнозирования (сделанные из космоса фотоснимки движения воздушных масс);

управления (расписание движения поездов) и т. д.

Модель важна не сама по себе, а как инструмент, облегчающий познание или наглядное представление объекта. Моделирование – это процесс создания и использования моделей для изучения оригиналов.

Когда используют моделирование:

оригинал не существует

Древний Египет

Последствия ядерной войны

исследование оригинала опасно для жизни или дорого:

Испытание нового скафандра для космонавтов

Разработка нового самолета или корабля

оригинал сложно исследовать непосредственно:

Солнечная система, галактика (большие размеры)

Атом, нейтрон (маленькие размеры)

Процессы в двигателе внутреннего сгорания (очень быстрые)

Геологические явления (очень медленные)

интересуют только некоторые свойства оригинала

Проверка краски для фюзеляжа самолета

Чем больше признаков объекта отражает модель, тем она полнее. Отразить в модели все признаки объекта - оригинала невозможно, да и не нужно. Признаки объекта – оригинала, которые должны быть воспроизведены в модели, определяются целью моделирования – назначением будущей модели. Эти признаки являются существенными для данной модели с точки зрения цели моделирования.

Цели моделирования

исследование оригинала изучение сущности объекта или явления

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

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

оптимизация («как сделать лучше») выбор наилучшего решения в заданных условиях

Что общего у всех моделей? Какими свойствами они обладают?

Во-первых, модель не является точной копией объек­та-оригинала: она отражает только часть его свойств, от­ношений и особенностей поведения. Например, на мане­кен можно надеть костюм, но с ним нельзя поговорить. Модель автомобиля может быть без мотора, а макет дома - без электропроводки и водопровода .

Во-вторых, поскольку любая модель всегда отражает только часть признаков оригинала, то можно создавать и использовать разные модели одного и того же объекта. Например: мяч может воспроизвести только одно свойст­во Земли - ее форму; обычный глобус отражает, кроме того, расположение материков; а глобус, входящий в со­став действующей модели Солнечной системы, - еще и траекторию движения Земли вокруг Солнца. Оригиналу может соответствовать несколько разных моделей и наоборот!

Чем больше признаков объекта отражает модель, тем она полнее. Однако отразить в модели все свойства объек­та-оригинала невозможно, а чаще всего и не нужно. Ведь при создании модели человек, как правило, преследует вполне определенную цель и стремится наиболее полно от­разить только те признаки объектов, которые кажутся ему важными, существенными для реализации этой цели. Если, например, модель самолета создается для кол­лекции, то в ней воспроизводится внешний вид самолета, а не его летные характеристики.

От цели моделирования зависят требования к модели: какие именно признаки объекта-оригинала она должна отражать. Тип модели определяется целями моделирования.

Отразить в модели признаки оригинала можно одним из двух способов. Природа моделей может быть двух видов. Во-первых, материальные (натурные, физические, предметные) модели. Они копируют, воспроизводят признаки оригинала. Примерами натурных моделей являются муляжи и маке­ты - уменьшенные или увеличенные копии, воспроизво­дящие внешний вид объекта моделирования (глобус), его структуру (модель Солнечной системы) или поведение (ра­диоуправляемая модель автомобиля).

Во-вторых, информационные модели – описание признаков оригинала на од­ном из языков кодирования информации (в виде словес­ного описания, формул, схем или чертежей).

Информатика рассматривает построение информационных моделей с помощью компьютерной техники . Информационно культурный человек должен уметь строить различные информационные модели, как с помощью компьютера, так и без него.

4.2 Классификация моделей

Существует множество вариантов классификации информационных моделей. Рассмотрим некоторые из них.

Если взять за основу классификации предметную область , то можно выделить физические, экологические, экономические, социологические и другие модели.

В зависимости от учёта фактора времени выделяют динамические (изменяющиеся с течением времени) и статические (не изменяющие­ся с течением времени) модели.

Модели по области применения бывают учебные (в т. ч. тренажеры), опытные – при создании новых технических средств, научно-технические.

В зависимости от формы представления информации об объекте моделирования различают знаковые, образные и смешанные (образно-знаковые) виды информационных моделей.

Модели по структуре бывают

Табличные модели (пары соответствия)

Существуют специальные виды моделей . К ним относятся:

- имитационные - нельзя заранее вычислить или предсказать поведение системы, но можно имитировать её реакцию на внешние воздействия. Задача – найти лучшее решение методом
проб и ошибок (многократные эксперименты)

Примеры: испытания лекарств на мышах, обезьянах, … модели процесса обучения

- игровые – учитывающие действия противника. Задача – найти лучший вариант действий в
самом худшем случае.

Примеры: модели экономических ситуаций; модели военных действий; спортивные игры; тренинги персонала

4.3 Информационные модели

Объект-оригинал можно заменить набором его свойств: названий (величин) и значений. Набор свойств, содержащий всю необходимую информацию об исследуе­мых объектах и процессах, называют информационной моделью.

Например, информационная модель дачного дома - карточка из каталога, по которому заказ­чик строительной компании может выбрать подходящий проект. Каждая карточка в каталоге содержит таблицу с названиями (величинами) свойств дома и значениями этих свойств.

Все названия свойств в информационных моделях - это всегда знаковые элементы, потому что название может быть выражено только знаками. А вот значения величин могут нести как знаковую, так и образную информацию. Например, значение величины «внешний вид» может быть выражено образным элементом (рисунком), а значения остальных величин выражены с помощью знаков (чисел, слов, запятых). Образным элементом информационной модели может быть не только рисунок или фотография, но и объемный макет или видеозапись . Однако при этом обязательно дол­жна иметься возможность связать этот элемент с характе­ристикой конкретного объекта. Например, в строке «Внешний вид» в каталоге домов может быть указан шифр макета. А чтобы сами макеты были элементами ин­формационной модели, а не украшением, их нужно снаб­дить ярлыками с шифрами.

Информационные модели представляют объекты и процессы в образной или знаковой форме. По способу представления различают следующие виды информацион­ных моделей:

Образные модели (рисунки, фотографии и др.) пред­ставляют собой зрительные образы объектов, зафиксиро­ванные на каком-либо носителе информации (бумаге, фо­то - и кинопленке и др.). Много информации дают специалистам полученные со спутников фотографии поверхности Земли.

Знаковые информационные модели строятся с использованием различных естественных и формальных языков (знаковых систем). Знаковая информационная модель может быть представлена в фор­ме текста на естественном языке или программы на языке программирования, формулы (например, площади прямо­угольника S = а b ) и т. д.

В смешанных информационных моделях сочетаются образные и знаковые элементы. Примерами смешанных информационных моде­лей могут служить географические карты, графики, диаграммы и пр. Во всех этих моделях используются одновременно и графические элементы, и знаки.

4.4 Этапы построения информационной модели

Любая модель строится для решения некоторой задачи. Построе­ние информационной модели начинается с анализа условия этой за­дачи, выраженного на естественном языке (рис. 2.2).

В результате анализа условия задачи определяется объект модели­рования и цель моделирования.

После определения цели моделирования в объекте моделирования выделяются свойства, основные части и связи между ними, сущест­венные с точки зрения именно этой цели. При этом должно быть чётко определено, что дано (какие исходные данные известны, какие данные допустимы) и что требуется найти в решаемой задаче. Также должны быть указаны связи между исходными данными и результа­тами.

Следующим этапом построения информационной модели являет­ся формализация - представление выявленных связей и выделен­ных существенных признаков объекта моделирования в некоторой форме (словесное описание, таблица, рисунок, схема, чертёж, фор­мула, алгоритм, компьютерная программа и т. д.).

Формализация - это замена реального объекта его формальным опи­санием, т. е. его информационной моделью.

Информационные модели существуют отдельно от объектов моделирования и могут подвергаться обработке независимо от них. Построив информационную модель, человек использует её вместо объекта-оригинала для исследования этого объекта, решения поставленной задачи.

4.5 Словесные модели.

Один из видов информационных знаковых моделей – это словесные модели. Словесные модели - это описания предметов, явлении, событий, про­цессов на естественных языках. Ещё их называют текстовыми моделями. Например, гелиоцентрическая модель мира, которую предложил Коперник, словесно описывалась следующим образом:

· Земля вращается вокруг своей оси и вокруг Солнца:

· орбиты всех планет проходят вокруг Солнца.

Словесная модель состоит из отдельных элементов – слов, взаимосвязанных между собой по смыслу. В свою очередь слова состоят из элементов – букв, связанных между собой правилами правописания. Слова являются подсистемами для текста и надсистемами для букв. Текст в целом является моделью – описанием оригинала. Он может отражать различные свойства описываемого объекта. Качество словесной информационной модели зависит от правильности написания слов, точности их подбора, правильности соединения слов в предложения и порядка следования слов и предложений в тексте.

Словесные модели могут описывать ситуации, события, процессы. Множество словесных моделей содержится в школьных учебниках, энциклопедиях. Словесными описаниями мы пользуемся в общении (в письмах, при разговоре…) Для построения этих моделей мы используем обычный привычный нам разговорный язык.

Есть некоторые особенности у разговорных языков:

Многозначность, синонимия, омонимия – одно и то же слово может иметь несколько значений, несколько слов могут иметь один и тот же смысл, одно и то же значение.

Слова могут быть использованы и в прямом, и в переносном смысле.

Эти особенности делают человеческую речь выразительной, красочной, эмоциональной. Но их наличие делает невозможным использование разговорного языка во многих науках, при создании словесных (знаковых) информационных моделей для точных наук. Математика, химия, информатика и др. науки на основе разговорного языка создают свой, формализованный научный язык, содержащий множество терминов (слов, свойственных только данной науке). Формализованный – значит не имеющий многозначности, синонимов, омонимов. В формализованном языке за каждым словом закреплено ровно одно значение и смысл.

Словесные описания весьма разнообразны, они могут быть выполнены в разных стилях. Прежде всего, различают разговорный и книжный стили. Книжный стиль имеет следующие разновидности: научный, официально-деловой, публицистический, художественный.

Научный стиль используется для передачи точной научной информации. Наиболее важными качествами научного стиля являются логичность и четкость изложения. В текстах научного стиля присутствует большое количество слов-профессионализмов, терминов.

Художественный стиль – это стиль художественных произведений. Его основное назначение – воздействовать на читателя или слушателя с помощью образных средств языка (сравнений, метафор, эпитетов и др.)

Официально-деловой стиль используется при оформлении документов.

Публицистический стиль используется при написании статей, заметок в журналах и газетах.

Работа со словесными информационными моделями (историческими, биологическими, географическими, художественными и иными текстами-описаниями) требует вдумчивого отношения к прочитанному. Чем лучше оформлен текст, чем лучше он отформатирован, тем легче его читать и анализировать.

Произведения художественной литературы - это тоже модели, так как они фиксируют внимание читателя на определенных сторо­нах человеческой жизни. Анализируя литературное произведение, вы выделяете в нём объекты и их свойства, отношения между героя­ми, связи между событиями, проводите параллели с другими произ­ведениями и т. п. Самое непосредственное отношение к понятию мо­дели имеет такой литературный жанр, как басня. Смысл этого жанра состоит в переносе отношений между людьми на отношения между вымышленными персонажами, например животными.

4.6 Математические модели

Основным языком информационного моделирования в науке яв­ляется язык математики. Информационные модели, построенные с использованием математичес­ких понятий и формул, называются математическими моделями.

Пример 1. На рис. 2.3 приведена геометрическая модель доказа­тельства теоремы Пифагора. Она столь проста, что доказательство равенства с2 = а2 + b2 становится очевидным.

Международные соревнования" href="/text/category/mezhdunarodnie_sorevnovaniya/" rel="bookmark">международных соревнованиях по прыжкам в воду первые пять мест заняли спортсмены из Германии, Италии, Китая, Рос­сии и Украины. Ещё до начала соревнований эксперты высказа­ли свои предположения об их итогах:

1) Первое место займёт спортсмен из Китая, а спортсмен из Украины будет третьим.

2) Украина будет на последнем месте, а Германия - на пред­последнем.

3) Германия точно будет четвёртой, а первое место займёт Ки­тай.

4) Россия будет первой, а Италия - на втором месте.

5) Нет, Италия будет пятой, а победит Германия.

По окончании соревнований выяснилось, что каждый эксперт был прав только в одном утверждении. Какие места в соревнова­нии заняли участники?

Человек стремится познать объекты окружающего мира, он взаимодействует с существующими объектами и создает новые объекты.

Одним из методов познания объектов окружающего мира является моделирование , состоящее в создании и исследовании «заместителей» реальных объектов. «Объ­ект-заместитель» принято называть моделью, а исходный объект - прототипом или оригиналом.

Например, в разговоре мы замещаем реальные объекты их именами, оформите­ли витрин используют манекен - модель человеческой фигуры, конструкторы стро­ят модели самолетов и автомобилей, а ар­хитекторы - макеты зданий, мостов и парков. Моделью является любое нагляд­ное пособие, используемое на уроках в школе: глобус, муляж, карта, схема, таб­лица и т. п.

Модель важна не сама по себе, а как инструмент, облегчающий познание или наглядное представление объекта.

К созданию моделей прибегают, когда исследуемый объект слишком велик (мо­дель Солнечной системы) или слишком мал (модель атома), когда процесс протекает очень быстро (модель двигателя внутреннего сгорания) или очень медленно (геологическая модель), когда исследование объек­та может оказаться опасным для окружающих (модель атомного взрыва), привести к разрушению его самого (мо­дель самолета) или создание реального объекта очень до­рого (архитектурный макет города) и т. д.

Что общего у всех моделей? Какими свойствами они обладают?

Во-первых, модель не является точной копией объек­та-оригинала: она отражает только часть его свойств, от­ношений и особенностей поведения. Например, на мане­кен можно надеть костюм, но с ним нельзя поговорить. Модель автомобиля может быть без мотора, а макет дома - без электропроводки и водопровода.

Во-вторых, поскольку любая модель всегда отражает только часть признаков оригинала, то можно создавать и использовать разные модели одного и того же объекта. Например: мяч может воспроизвести только одно свойст­во Земли - ее форму; обычный глобус отражает, кроме того, расположение материков; а глобус, входящий в со­став действующей модели Солнечной системы, - еще и траекторию движения Земли вокруг Солнца.

Чем больше признаков объекта отражает модель, тем она полнее. Однако отразить в модели все свойства объек­та-оригинала невозможно, а чаще всего и не нужно. Ведь при создании модели человек, как правило, преследует вполне определенную цель и стремится наиболее полно от­разить только те признаки объектов, которые кажутся ему важными, существенными для реализации этой цели. Если, например, модель самолета создается для кол­лекции, то в ней воспроизводится внешний вид самолета, а не его летные характеристики.

От цели моделирования зависят требования к модели: какие именно признаки объекта-оригинала она должна отражать.

Отразить в модели признаки оригинала можно одним из двух способов.

Во-первых, признаки можно скопировать, воспроизве­сти. Такую модель называют натурной (материальной). Примерами натурных моделей являются муляжи и маке­ты - уменьшенные или увеличенные копии, воспроизво­дящие внешний вид объекта моделирования (глобус), его структуру (модель Солнечной системы) или поведение (ра­диоуправляемая модель автомобиля).

Во-вторых, признаки оригинала можно описать на од­ном из языков кодирования информации - дать словес­ное описание, привести формулу, схему или чертеж. Та­кую модель называют информационной.

Модели используются человеком для:

· представления материальных предметов (макет за­стройки жилого района в мастерской архитектора);

· объяснения известных фактов (макет скелета челове­ка в кабинете биологии);

· проверки гипотез и получения новых знаний об иссле­дуемых объектах (модель полета самолета новой кон­струкции в аэродинамической трубе);

· прогнозирования (сделанные из космоса фотоснимки движения воздушных масс);

· управления (расписание движения поездов) и т. д.

і Коротко о главном

Модель - это объект, который используется в качест­ве «заместителя», представителя другого объекта (ори­гинала) с определенной целью. Модель не является точ­ной копией объекта-оригинала: она отражает только часть его свойств, отношений и особенностей поведения. Можно создавать и использовать разные модели одного и того же объекта. Процесс создания и использования модели назы­вают моделированием.

Различают натурные и информационные модели. На­турные модели - реальные предметы, в уменьшенном или увеличенном виде воспроизводящие внешний вид, структуру или поведение объекта моделирования. Инфор­мационные модели - описания объекта-оригинала на языках кодирования информации. Модели используются человеком для: представления материальных предметов, объяснения известных фактов, получения новых знаний об исследуемых объектах, прогнозирования и управления и т. д.

Вопросы и задания

1. Что такое модель?

2. Назовите основные свойства моделей.

3. Что такое моделирование?

4. Как можно назвать отношения между объектом-ори­гиналом и его моделью?

5. Какие модели называют натурными? Приведите 2-3 примера натурных моделей.

6. Какие модели называют информационными? Приве­дите 2-3 примера информационных моделей.

7. Для каждой из перечисленных моделей назовите дей­ствия, которые человек может выполнить и с ней, и с объектом-оригиналом:

· радиоуправляемая модель самолета;

· словесное описание куртки;

· план квартиры;

· чайник из пластилина в натуральную величину;

· мысленное представление о будущей поездке.

Какие действия могут быть выполнены только с ори­гиналом?

8. В какой ситуации искусственные цветы и муляжи фруктов могут использоваться в качестве моделей-«заместителей» настоящих цветов и фруктов? Какие свойства и отношения объектов отражают эти модели, а какие - нет?

9. Приведите примеры использования моделей для:

а) представления материальных предметов;

б) объяснения известных фактов;

в) проверки гипотез и получения новых знаний об исследуемых объектах;

г) прогнозирования;

д) управления.

§ 2.2. Информационные модели

Объект-оригинал можно заменить набором его свойств: названий (величин) и значений. Набор свойств, содержащий всю необходимую информацию об исследуе­мых объектах и процессах, называют информационной моделью.

В табл. 2.1 приведен пример информационной модели дачного дома - карточка из каталога, по которому заказ­чик строительной компании может выбрать подходящий проект. Каждая карточка в каталоге содержит названия (величины) свойств дома (слева) и значения этих свойств (справа).

Таблица 2.1

Все названия свойств в информационных моделях - это всегда знаковые элементы, потому что название может быть выражено только знаками. А вот значения величин могут нести как знаковую, так и образную информацию. Например, в табл. 2.1 значение величины «внешний вид» выражено образным элементом (рисунком), а значения остальных величин выражены с помощью знаков (чисел, слов, запятых).

Образным элементом информационной модели может быть не только рисунок или фотография, но и объемный макет или видеозапись. Однако при этом обязательно дол­жна иметься возможность связать этот элемент с характе­ристикой конкретного объекта. Например, в строке «Внешний вид» в каталоге домов может быть указан шифр макета. А чтобы сами макеты были элементами ин­формационной модели, а не украшением, их нужно снаб­дить ярлыками с шифрами.

Информационные модели представляют объекты и процессы в образной или знаковой форме. По способу представления различают следующие виды информацион­ных моделей - рис. 2.1.