Информационная культура пользователя включает в себя: Øпонимание закономерностей информационных процессов; Øзнание основ компьютерной грамотности; Øтехнические навыки взаимодействия с компьютером; Øэффективное применение компьютера как инструмента; Øпривычка своевременно обращаться к компьютеру при решении задач из любой области, основанная на владении компьютерными технологиями; Øприменение полученной информации в практической деятельности.
Информатика – как единство трех компонентов v HARDWARE – «твердые» , аппаратные средства; v SOFTWARE – «мягкие» , программные средства; v BRAINWARE – алгоритмическая, в буквальном переводе – мозговая составляющая. Компьютерный мир является третьей реальностью: 1) материя; 2) сознание; 3) снова неживая материя (компьютер), но уже высокоорганизованная.
Актуальной представляется такая концепция преподавания наиболее ярко выделены те направления, которые послужат развитию учащихся, системное мировоззрение и позволят им овладеть современными информационными технологиями. помогут сформировать их
Системно информационный курс информатики базируется на идеях системного анализа и использования для их реализации Одним из инструментов системного компьютерных технологий. анализа и синтеза систем является информационное (абстрактное) моделирование, проводимое на компьютере.
В качестве основной из целей информатики можно выделить следующее: обучение системному подходу к анализу и исследованию структуры и взаимосвязей информационных объектов, которые являются моделями реальных объектов и процессов.
В обязательном минимуме содержания образования по информатике присутствует линия «Моделирование и формализация» . Содержание этой линии определено следующим перечнем понятий: моделирование как метод познания, формализация, материальные и информационные модели, основные типы информационных моделей. Линия моделирования, наряду с линией информации и информационных процессов, является теоретической основой базового курса информатики.
Содержательная линия формализации и моделирования выполняет в базовом курсе информатики важнейшую педагогическую задачу – развитие системного мышления учащихся, так как работа с огромными объемами информации невозможна без навыков ее систематизации.
Цель обучения: • сформировать представление о подходах к классификации моделей; • сформировать представление о разновидностях информационных моделей в зависимости от формы представления; • выработать ориентировочную основу действий учащихся при проведении моделирования; • познакомить учащихся с кругом задач, для которых можно проводить моделирование в прикладных программных средах;
Учащиеся должны знать: • что такое модель, • типы моделей, • этапы решения задач на ЭВМ, • этапы моделирования, • принципы построения модели задачи, • цели проведения компьютерного эксперимента. • основные виды классификации моделей; • основные признаки классификации моделей; • характеристику рассматриваемых классов моделей; • классификацию информационной модели. • методику и основные этапы моделирования; • технологию работы в средах общего назначения.
Учащиеся должны уметь: • приводить примеры моделирования и формализации, • строить модели с помощью компьютера, • проводить компьютерные вычислительные эксперименты. • приводить примеры моделей, относящихся к определенному классу; • проводить формализацию задач; • моделировать в среде текстового процессора; • моделировать в среде графического редактора; • моделировать в среде табличного процессора; • моделировать в среде системы управления базой данных.
Общая схема процесса решения задачи с помощью компьютера Постановка задачи Построение модели Выбор или разработка метода Выбор готового ПО Разработка алгоритма в соответствии с выбранным методом Разработка алгоритма решения задачи с использованием выбранного ПО Составление программы Отладка и тестирование Выполнение за компьютером описанных в алгоритме действий Выполнение программы Анализ результатов
Постановка задачи • На этапе постановки задачи должно быть четко определено, что дано, и что требуется найти. • Так, если задача конкретная, то под постановкой задачи понимают ответ на два вопроса: какие исходные данные известны и что требуется определить. • Если задача обобщенная, то при постановке задачи понадобится еще ответ на третий вопрос: какие данные допустимы. • Таким образом, постановка задачи включает в себя следующие моменты: сбор информации о задаче; формулировку условия задачи; определение конечных целей решения задачи; определение формы выдачи результатов; описание данных (их типов, диапазонов величин, структуры и т. п. ).
Понятие модели – центральное понятие курса информатики, которое как красная нить должно проходить по всему содержанию курса, поскольку формализация и моделирование являются базовыми компонентами при изучении всех разделов информатики.
Построение модели На этом этапе строится модель -это некий новый объект, который отражает существенные особенности изучаемого объекта, явления или процесса. Необходимо выявить самые существенные свойства объекта, явления или процесса, закономерности; внутренние связи, роль отдельных характеристик. Выделив наиболее важные факторы, можно пренебречь менее существенными.
Определение модели Модель упрощенное представление о реальном объекте, процессе или явлении. Модель - это как правило искусственно созданный объект в виде схемы, математических формул, физической конструкции, наборов данных и алгоритмов их обработки и т. п. Модель воспроизводит в специально оговоренном виде строение и свойства исследуемого объекта. Исследуемый объект, по отношению к которому изготавливается модель, называется оригиналом, образцом, прототипом. Модель это объект, используемый вместо другого объекта с какой-то целью. Модель - это такой материальный или мысленно представляемый объект, который в процессе изучения замещает объект-оригинал, сохраняя некоторые важные для данного исследования типичные его черты.
Моделирование • Моделирование — это метод познания, состоящий в создании и исследовании моделей. • Модель позволяет научиться правильно управлять объектом, апробируя различные варианты управления на модели этого объекта. • Процесс построения модели называется моделированием. • Другими словами, моделирование это процесс изучения строения и свойств оригинала с помощью модели.
Определение модели n Под моделью мы будем понимать систему, неотличимую от моделируемого объекта в отношении некоторых свойств, полагаемых существенными, и отличимую по всем остальным свойства, которые полагаются несущественными; при этом отсутствие в модели несущественных элементов не менее важно, чем присутствие в ней существенных.
Опыт учащихся К такому полному представлению о модели учащийся приходит через ряд этапов, и оно формируется не в начале, а в процессе его деятельности; и может непосредственно обсуждаться лишь в конце изучения темы. У учащегося к этому моменту уже имеется: ü 1) детский опыт игрового моделирования; ü 2) опыт моделирования с помощью строительных кубиков, что существенно ближе к реальности (появляются элементы и отношения между ними); ü 3) опыт компьютерных игр или просмотра телепередач, где моделирование выполняется достаточно и подробно; ü 4) собственный опыт работы с исполнителями типа Робот как моделями, отвечающими какой то реальности; ü 5) практика работы с готовыми компьютерными моделями типа «Распространение слухов» , «Бросание тела под углом к горизонту» , где собственно исследование модели подчеркивало как сходство ее с реальностью, так и отличия; ü 6) практика и размышления о собственной деятельности по разработке моделей, пусть и простейших.
Цели моделирования • понять сущность изучаемого объекта; • научиться управлять объектом и определять наилучшие способы управления; • чтобы прогнозировать прямые или косвенные последствия; • чтобы решать прикладные задачи.
Классификация моделей Основные признаки классификации моделей • Область использования; • Способ представления моделей. • По форме представления. • Учет в модели временного фактора (динамики); • Отрасль знаний;
Классификация по области использования МОДЕЛИ Учебные Опытные Тренажеры, наглядные пособия, обучающие программы Модели корабля, машины(для исследования будущих характеристик) Научно технические Синхрофазотр он, прибор, имитирующий разряд молнии Игровые Деловые, военные, экономические, спортивные игры Имитационные Новое лекарство испытывают на мышах, чтобы выявить побочные явления, уточнить дозировки
Классификация по способу представления м Пред , е етны ч физи е ески Совокупность информации, которая характеризует свойства и состояние объекта, процесса, явления, а также взаимосвязь с внешним миром. МОДЕЛИ Материальные физические Информационные аналоговые Знаковые ионная формац ин , модель ная н и, выраже ьными знакам о г л специа дствами любо е т. е. ср ного языка. аль форм Вербальные Компьютерные Некомпьютерные мацио Инфор ель од нная м ной ен в мысл или рной разгово форме.
n n Физическим принято называть моделирование, при котором реальному объекту противопоставляется его увеличенная или уменьшенная копия, допускающая исследование (как правило, в лабораторных условиях) с помощью последующего перенесения свойств изучаемых процессов и явлений с модели на объект на основе теории подобия. Примеры: в астрономии планетарий, в архитектуре макеты зданий, в самолетостроении модели летательных аппаратов и т. п.
Аналоговое моделирование это моделирование, основанное на аналогии процессов и явлений, имеющих различную физическую природу, но одинаково описываемых формально (одними и теми же математическими соотношениями, логическими и структурными схемами). Например, a 1 x 1+b 1 x 2=c 1 { a x +b x =c 2 2 2 Что скрывается за этими знаками? Математик: “Это система двух линейных алгебраических уравнений с двумя неизвестными. Но что именно она выражает, сказать не могу”. Инженер-электрик: “Это уравнения электрического напряжения или токов с активными напряжениями”. Инженер-механик: “Это уравнения равновесия сил для системы рычагов или пружин”. Инженер-строитель: “Это уравнения, связывающие силы деформации в какой то строительной конструкции”. Инженер-плановик: “Это уравнения для расчета загрузки станков”.
По форме представления • геометрические модели — графические формы и объемные конструкции; • словесные модели — устные и письменные описания с использованием иллюстраций; • математические модели — математические формулы, отображающие связь различных параметров объекта или процесса; • структурные модели — схемы, графики, таблицы и т. п. ; • логические модели — модели, в которых представлены различные варианты выбора действий на основе умозаключений и анализа условий; • специальные модели — ноты, химические формулы и т. п. ; • компьютерные и некомпьютерные модели.
математическая модель система математических соотношений - формул, уравнений, неравенств и т. д. , отражающих существенные свойства объекта или явления. Математическая модель, основанная на некотором упрощении, никогда не бывает тождественна рассматриваемому объекту, не передаёт всех его свойств и особенностей, а является его приближённым отображением.
Cоздавая математическую модель для решения задачи, нужно: • выделить предположения, на которых будет основываться математическая модель; • определить, что считать исходными данными и результатами; • записать математические соотношения, связывающие результаты с исходными данными.
n n Имеется квадратный лист картона со стороной а. Из листа делают коробку следующим образом: по углам вырезают четыре квадрата и склеивают коробку по сторонам вырезов. Цель моделирования Определить, какова должна быть сторона вырезаемого квадрата, чтобы коробка имела наибольшую вместимость.
Задача о биоритмах
Задача № 12. Региональный стандарт общего среднего образования по информатике: Учебн. Издание, Воронежский ОИПКИПРО, 1995. Для поддержания нормальной жизнедеятельности человеку необходимо потреблять не менее 118 г белков, 56 г жиров, 500 г углеводов, 8 г минеральных солей. Количество питательных веществ, содержащихся в 1 кг каждого вида потребляемых продуктов, а также цена 1 кг приведены в таблице. Составить дневной рацион, содержащий не менее минимальной суточной нормы человека в необходимых питательных веществах при минимальной общей стоимости потребляемых продуктов. Записать математическую модель и целевую функцию. Содержание (г) питательных веществ в 1 кг. продукта Питательные вещества мясо рыба молоко масло сыр крупа картофель Белки 180 190 30 10 260 130 4 Жиры 20 3 40 865 310 30 2 Углеводы - - 50 6 20 650 200 Минеральные соли 9 10 7 12 60 20 10 3000 2250 3700 500 0 630 400 Цена 1 кг. продукта (руб. )
Распространение слуха. В этой задаче смысл основного соотношения таков: число узнавших новость за сутки пропорционально числу встреч знающих и незнающих. Если Z — число знающих новость, G — все население города, то: n n DZ : = К * Z * (G Z) * DT; Z : = Z + DZ; Т : = Т + DT. Рекурентное соотношение Многие процессы в физике, биологии описываются утверждением следующего типа: «приращение величины зависит от значения самой величины» . Пусть DT = 1 сутки. Чтобы найти значение коэффициента передачи К практически, нужно знать хотя бы пару конкретных значений N и Z и величину DZ за сутки.
Полезное, обязательное упражнение — анализ допущений, принятых в модели. В данном случае они таковы: 1) все передают информацию равномерно по време ни (это никому не надоедает), с постоянной интенсив ностью, не уставая; 2) учитываются только те, кто может и говорить, и слушать (младенцы не в счет); 3) передача новости происходит только в результате встречи знающего и незнающего, радио и телевидение в этом не участвуют (или опровергают); 4) новость передается шепотом: один передающий — один принимающий; 5) узнавший новость ее больше не забывает.
Классификация с учетом фактора времени Статическая модель — это как бы одномоментный срез информации по объекту. Например, обследование учащихся в стоматологиче ской поликлинике дает картину состояния их ротовой полости на данный момент времени: число молочных и постоянных зубов, пломб, дефектов и т. п. Динамическая модель позволяет увидеть изменения объекта во времени. В примере с поликлиникой карточку школьника, отражающую изменения, происходящие с его зубами за многие годы, можно считать динамической моделью.
Имитационное моделирование Процессы в системе могут протекать поразному в зависимости от условий, в которых находится система. Следить за поведением реальной системы при различных условиях бывает трудно, а иногда и невозможно. В таких случаях, построив модель, можно многократно возвращаться к начальному состоянию и наблюдать за ее поведением. Этот метод исследования систем называется имитационным моделированием.
Имитационное моделирование Примером имитационного моделирование может служить вычисление числа методом Монте Карло Этот метод позволяет определять площади и объемы фигур (тел), которые сложно вычислить другими методами. Предположим, что требуется определить площадь круга. Опишем вокруг него квадрат (площадь которого, как известно, равна квадрату его стороны) и будем случайным образом бросать в квадрат точки, проверяя каждый раз, попала ли точка в круг или нет. При большом числе точек отношение площади круга к площади квадрата будет стремиться к отношению числа точек, попавших в круг, к общему числу брошенных точек. 2 Название метода происходит от города Монте-Карло в княжестве Монако, знаменитого своими игорными домами, ибо одним из механических приборов для получения случайных величин является рулетка. 1 Sкр/ Sкв = k/n. Sкв = 4 Sкр = 4 k/n. Sкр = p. p = 4 k/n.
-1<x<1, -1<y<1 точка лежит 0 внутри квадрата. Если к тому же x 2 + y 2 <1, то точка попадает в круг. Положение каждой конкретной точки случайно, т. е. х и y – случайные величины. Для моделирования равномерно распределенных в интервале от 0 до 1 случайных чисел используется датчик случайных чисел специальная компьютерная программа. На самом деле эти числа определяются по некоторому алгоритму и уже в силу этого они не являются вполне случайными. Получаемые таком способом числа часто называют псевдослучайными. Вопрос о качестве датчиков случайных чисел весьма непрост, однако для решения не слишком сложных задач обычно достаточно возможностей датчиков, встроенных в большинство систем программирования и электронных таблиц. Заметим, что располагая датчиком равномерно распределенных случайных чисел, генерирующим числа r из интервала [0; 1), легко получить равномерно распределенные случайные числа на произвольном интервале [a; b) по формуле x=a+(b-a)*r. К задаче
Скачать презентацию Информационная культура пользователя включает в себя Øпонимание закономерностей
Cхема процесса решения задачи .ppt