Моделювання як метод дослідження об’єктів

Мета уроку: сформувати в учнів поняття моделі, об’єкта, предметної області; ознайомити з типами моделей, надати їх характеристики; дати уявлення про моделювання як метод дослідження об’єктів.

Очікувані результати: учні повинні знати поняття моделі, об’єкта, предметної області; типи моделей, їх характеристики; поняття моделювання як метода дослідження об’єктів; технологію комп’ютерного моделювання; учні повинні вміти будувати інформаційну модель задачі; розрізняти моделі за типами; застосовувати моделювання для дослідження об’єктів.

Обладнання: ПК, підручники, картки з практичним завданням.

Тип уроку: вивчення нового матеріалу, формування вмінь та навичок.

1. Організаційний етап

1.1. Привітання вчителя й учнів, організація уваги.

1.2. Перевірка наявності робочих зошитів, підручників тощо.

1.3. Повідомлення теми та мети уроку.

1.4. Проведення бесіди щодо правил техніки безпеки та роботи учнів у комп’ютерному класі (файл D9.doc).

2. Мотивація навчальної діяльності

Вправа «Асоціативний кущ».

Учні самостійно складають асоціативний кущ для слова «Модель», а потім аналізують запропоновані асоціативні схеми і складають на дошці спільну схему (S_1.doc).

Приклади слів і словосполучень для асоціативного куща: зразок, схема, шаблон, марка, манекен, макет, фотомодель, модель літака, модель одягу, модель автомобіля, модель споруди, модель сукні, комп’ютерна модель, математична модель.

Запитання для обговорення

1. Хто створює моделі? (Відповідь: людина.)

2. Що відтворює модель? (Відповідь: суттєві ознаки деякого предмета або явища.)

3. В яких галузях людської діяльності використовують моделі? (Відповідь: у багатьох галузях, часто в науці.)

4. Для чого створюються моделі? (Відповідь: для дослідження, дозвілля, роботи тощо.)

Вчитель підсумовує відповіді й формулює поняття «модель».

3. Актуалізація опорних знань

Таблиця «Знаю/Хочу довідатися»

Таблиця «Знаю / Хочу довідатися»

Знаю

Хочу довідатися

 

 

 

 

 

Учні самостійно заповнюють таблицю «Знаю / Хочу довідатися», де вказують, що вони вивчили на уроках інформатики (або самостійно) у 10 класі і чого хочуть навчитися.

4. Вивчення нового матеріалу

План розповіді

1.                   Метод моделювання. Визначення поняття «моделювання».

2.                   Об’єкт моделювання. Властивості об’єкта моделювання.

3.                   Класифікація моделей (Т1_1.doc).

4.                   Класифікація інформаційних моделей (учні самостійно заповнюють таблицю) (Т2_1.doc).

5.                   Комп’ютерне моделювання.

Модель (від лат. modulus — міра, взірець, норма) — це створений людиною матеріальний або уявлюваний аналог деякого об’єкта (предмета, явища або процесу), який зберігає суттєві ознаки об’єкта і здатний заміщувати його під час вивчення, дослідження або відтворення.

Моделлю предмета може бути його зменшена копія, креслення, яке відображає його структуру чи склад, схема, що відбиває взаємозв’язки окремих елементів. Наприклад, макет корабля, креслення будівлі, схема комп’ютера. Моделювати можна не тільки предмети, явища та процеси, що існують, але й абстракції, яких немає в реальності; об’єкти, що тільки планують створити; явища, які можуть і не відбутися.

Метод моделювання вже давно й активно використовується у сфері науки для прогнозування характеру розвитку й поводження технічних, фізичних і біологічних об’єктів.

Моделювання — процес створення, аналізу та уточнення моделі для подальшого дослідження об’єкта, що моделюється. Об’єкт, що моделюється, називається прототипом, або оригіналом.

Метою моделювання як наукового методу є отримання нової інформації про існуючий об’єкт через модель в умовах труднощів або принципової неможливості безпосереднього вивчення існуючого об’єкта.

Об’єкт моделювання — це частина навколишнього світу, окремий процес або явище, які можна розглядати як єдине ціле.

Моделювання як метод дослідження значною мірою корелює з експериментом, абстрагуванням та ідеалізацією, що відіграють важливу роль при побудові аналогів складних багаторівневих системних об’єктів, функціонування яких залежить від великої кількості показників, властивостей об’єкта.

Властивості об’єкта — ознаки або показники, за якими його можна відрізнити від інших об’єктів.

Клас — група об’єктів з однаковим набором властивостей.

Параметри об’єкта — це властивості об’єкта, що можуть бути представлені кількісними або якісними значеннями.

Наприклад:

клас об’єктів: таксі, автобус, тролейбус, метро — транспорт;

властивості об’єкта автомобіль — машина, що перевозить пасажирів;

кількісні параметри об’єкта «автомобіль» — швидкість, об’єм циліндра, використання пального на 100 км, ціна;

якісні параметри об’єкта автомобіль — колір, салон.

Відсутність у моделі несуттєвих якостей є не менш важливим моментом, ніж наявність суттєвих, тому що це дозволяє знизити рівень складності задачі, зробити її придатною для дослідження спрощеними методами. Так, в умовах багатьох задач із фізики часто буває зазначено, що можна нехтувати, наприклад, опором повітря чи залежністю прискорення вільного падіння від висоти, що дозволяє розглядати задачу у спрощеній постановці й застосовувати для розв’язання прості закони фізики.

Моделювання як метод науки завжди так чи інакше працює в тісному зв’язку з науковою теорією. При цьому важливо розуміти, що побудова адекватної моделі неможлива без урахування специфіки дії законів у тій чи іншій предметній області дослідження.

Модель завжди будується для досягнення конкретних завдань теоретичного або практичного дослідження, що зазвичай проводиться в різних і не цілком сполучних сферах науки в цілому. Досі не існує єдиних підходів до створення моделей. Крім того, моделювання є недосконалим науковим методом, оскільки на практиці неможливо надати кожній моделі ідеальної відповідності з об’єктом дослідження.

Однак застосування моделювання в науковому пізнанні скорочує витрати й строки дослідження. Тому моделювання є ефективним науковим методом і дає можливість чіткіше ідентифікувати, аналізувати, а іноді навіть поліпшувати та раціоналізувати реальні феномени й процеси навколишнього світу.

Класифікація моделей

Таблиця 1.1

Класифікація моделей

Тип моделі

Пояснення, приклади

За галузями застосування

Навчальні;

дослідні;

науково-технічні;

ігрові;

імітаційні

Засоби наочності, навчальні програми, тренажери;

зменшені або збільшені копії об’єкта проектування;

пристрої, що створюються для дослідження явищ і процесів;

воєнні, економічні, спортивні, ділові ігри, які застосовуються для виявлення реакції об’єкта на ту чи іншу ситуацію;

моделі, що застосовуються для вивчення та оцінювання можливих наслідків певних дій; наприклад, перш ніж ввести в ужиток новий лікарський препарат, здійснюють імітаційний експеримент — випробовують препарат на тваринах

За фактором часу

Статичні;

динамічні

 

Наприклад: температура повітря одного дня, яку зафіксовано в журналі метеоролога, — статична модель погоди на день, а графік зміни температури за місяць можна розглядати як динамічну модель

За способом подання

Матеріальні;

інформаційні

Глобус, макет будинку;

презентація уроку, формула

Матеріальні моделі можна назвати також предметними, натурними, фізичними. Вони завжди мають реальне втілення. Наприклад, дитяча іграшка, макет птаха, макет ракети.

Інформаційні моделі — це сукупність інформації, що характеризує властивості та стан об’єкта і його взаємозв’язки із зовнішнім світом. Такі моделі називають також уявними (іноді — логічними), тому що вони не мають матеріального втілення. Наприклад, усний чи письмовий опис, математичні формули, які відбивають взаємозалежності параметрів об’єкта.

Інформаційні моделі того самого об’єкта, призначені для різних цілей, можуть бути різними.

Наприклад, інформаційною моделлю руху потяга для машиніста є карта маршруту руху потяга, а для конструктора — креслення або список технічних параметрів потяга.

Класифікація інформаційних моделей

Таблиця 1.2

Класифікація інформаційних моделей

 

Тип інформаційних моделей

Опис поняття

Приклад

За способом створення та подання

Вербальні

Моделі, що отримані в результаті розумової діяльності людини і подані в усній формі

Інтуїтивні образи, мрії, спогади

Знакові

Моделі, що виражені спеціальними графічними засобами або умовними позначеннями. Серед них окремо виділяють математичні моделі

Рисунки, текст, формули, схеми, графіки

За інструментами реалізації

Комп’ютерні моделі

Моделі, що реалізовані на комп’ютері за допомогою програмних та апаратних засобів

Графік, побудований в табличному процесорі, тренажер, що імітує місце водія, тощо

Некомп’ютерні моделі

Моделі, що реалізовані без допомоги програмних та апаратних засобів

Усе, що не потребує використання комп’ютера

Сьогодні перевага віддається комп’ютерному моделюванню, яке орієнтоване на застосовування найпотужнішого та найефективнішого зі створених людиною інструментів — комп’ютера.

За допомогою комп’ютерного моделювання встановлюються причини технічних чи природних катастроф, прогнозуються зміни клімату нашої планети чи її можливі зустрічі з іншими космічними об’єктами, здійснюється проектування споруд, досліджуються соціальні процеси, вирішується безліч наукових, технічних, економічних та інших проблем.

5. Закріплення знань

Опитування.

Учні відповідають на запитання підручників, посібників.

[11]

[14]

[9]

Завдання 2–7 розділу «Обговорюємо» на с. 16, завдання 4 розділу «Працюємо в парах» на с. 17

 

Запитання 1–11 

на с. 6, завдання 1 

на с. 6

 

Запитання 4–11 

на с. 4

6. Застосування отриманих знань

6.1. Практична вправа.

На основі конспекту учні називають дії, які необхідно виконати для створення інформаційної моделі. Наприклад, аналізують умову завдання та визначають мету моделювання; виділяють суттєві властивості об’єкта; добирають відповідні параметри об’єкта; оцінюють адекватність створеної моделі тощо.

6.2. Робота в парах за підручником.

[11]

[14]

[9]

Вправа 1.4.1 на с. 8

 

Завдання 4 на с. 10

 

Завдання 1.1, 1.2 на с. 2; ПЗ 1.7 на с. 4

Учні зачитують результати виконання вправи, найкращі з них вчитель оцінює.

6.3. Складання плану створення математичної моделі (аналогічно — інформаційної моделі).

На цьому етапі важливо звернути увагу учнів на те, що математичними моделями частіше бувають формули. Тому завжди треба робити припущення для вхідних даних та кінцевих результатів.

Наприклад, для обчислення швидкості руху потяга, який проїхав деяку відстань за певний час, обирають формулу v = S / t, де вхідні дані s, t > 0 і результат v > 0 .

7. Підбиття підсумків уроку

Вправа «Асоціативний кущ».

Учні доповнюють асоціативний кущ, який створили на початку уроку, новими поняттями, що були вивчені на уроці.

8. Домашнє завдання, інструктаж щодо його виконання

Підручник __________________________________________________________________

Робочий зошит _______________________________________________________________

Додаткове завдання