Цель урока: организовать совместную учебную деятельность для формирования и развития исследовательских навыков учащихся; создать условия для освоения технологии моделирования.

Должны знать: основные этапы разработки и исследования моделей на компьютере.

Должны уметь: построить модель объекта или процесса согласно поставленной цели.

План работы

1. Проверка домашнего задания.
2. Объяснение новой темы.

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 исследования на компьютере можно разделить на несколько основных этапов.

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.

На втором этапе создается формализованная модель, то есть описательная информационная модель записывается с помощью какого-либо формального языка. В такой модели с помощью формул, уравнений, неравенств и пр. 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.

На третьем этапе необходимо формализованную информационную модель преобразовать в компьютерную модель , то есть выразить ее на понятном для компьютера языке. Существуют два принципиально различных пути построения компьютерной модели:

1) построение алгоритма решения задачи и его кодирование на одном из языков программирования;
2) построение компьютерной модели с использованием одного из приложений (электронных таблиц, СУБД и пр.).

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.

Четвертый этап исследования информационной модели состоит в проведении компьютерного эксперимента. Если компьютерная модель существует в виде программы на одном из языков программирования, ее нужно запустить на выполнение и получить результаты.

Если компьютерная модель исследуется в приложении, например в электронных таблицах, можно провести сортировку или поиск данных, построить диаграмму или график и так далее.

Пятый этап состоит в анализе полученных результатов и корректировке исследуемой модели. В случае различия результатов, полученных при исследовании информационной модели, с измеряемыми параметрами реальных объектов можно сделать вывод, что на предыдущих этапах построения модели были допущены ошибки или неточности. Например, при построении описательной качественной моделимогут быть неправильно отобраны существенные свойства объектов, в процессе формализации могут быть допущены ошибки в формулах и так далее. В этих случаях необходимо провести корректировку модели, причем уточнение модели может проводиться многократно, пока анализ результатов не покажет их соответствие изучаемому объекту.

Вопросы для размышления

1. В каких случаях могут быть опущены отдельные этапы построения и исследования модели? Приведите примеры создания моделей в процессе обучения.

Практическая работа

На сегодняшнем уроке я предлагаю вам построить информационную модель качеств своей личности и исследовать её с целью определения профессиональных предпочтений.

(Раздаточный материал (Приложение 1) выдан учащимся в начале урока, на “Рабочем столе” компьютера находится Таблица 2)

1. Тип мышления

Все люди делятся на “левополушарных” (Л) и “правополушарных” (П). У “левополушарных” преобладает логический тип мышления. Они, в общем-то, оптимисты и считают, что большую часть своих проблем решат самостоятельно.

Если Вы “левополушарный”, то, как правило, без особого труда вступаете в контакт с людьми. В работе и житейских делах больше полагаетесь на расчет, чем на интуицию. Испытываете больше доверия к информации, полученной из печати, чем к собственным впечатлениям.

Вам легче даются виды деятельности, требующие логического мышления. Если профессия, к которой вы стремитесь, требует именно логических способностей, то вам повезло. Вы можете стать хорошим математиком, преподавателем точных наук, конструктором, организатором производства, программистом ЭВМ, пилотом, водителем, чертежником... продолжите этот список сами.

2. “Правополушарный” – это означает, что вы человек художественного склада. Представитель этого типа склонен к некоторому пессимизму. Предпочитаете полагаться больше на собственные чувства, чем на логический анализ событий, и при этом зачастую не обманывае тесь. Не очень общителны, но зато можете продуктивно работать даже в неблагоприятных условиях (шум, различные помехи и т. п.). Вас ожидает успех в таких областях деятельности, где требуются способности к образному мышлению, – художник, актер, архитектор, врач, воспитатель.

3. Перед человеком, в равной степени сочетающим в себе признаки логического и художественного мышления, открывается широкое поле деятельности. Зоны его успеха там, где требуется умение быть последовательным в работе и одновременно образно, цельно воспринимать события, быстро и тщательно продумывать свои поступки даже в экстремальной ситуации. Управленец и испытатель сложных технических систем, лектор и полководец – все эти профессии требуют гармоничного взаимодействия противоположных типов мышления.

Свою принадлежность к художникам или мыслителям можно выявить и по некоторым биологическим признакам. Проведем несложный экспресс-анал из.

А. Переплетите пальцы рук. Сверху оказался большой палец левой руки (Л) или правой (П)? Запишите результат.

Б. Сделайте в листе бумаги небольшое отверстие и посмотрите сквозь него двумя глазами на какой-либо предмет. Поочередно закрывайте то один, то другой глаз. Предмет смещается, если вы закрываете правый глаз или левый?

В. Станьте в “позу Наполеона”, скрестив руки на груди. Какая рука оказалась сверху?

Г. Попробуйте изобразить “бурные аплодисменты”. Какая ладонь сверху?

Теперь посмотрим, что у вас получилось.

ПППП – обладатель такой характеристики консервативен, предпочитает общепринятые формы поведения.

ПППЛ – темперамент слабый, преобладает нерешительность.

ППЛП – характер сильный, энергичный, артистический. При общении с таким человеком не помешают решительность и чувство юмора.

ППЛЛ – характер близок к предыдущему типу, но более мягок, контактен, медленнее привыкает к новой обстановке. Встречается довольно редко.

ПЛПП – аналитический склад ума, основная черта – мягкость, осторожность. Избегает конфликтов, терпим и расчетлив, в отношениях предпочитает дистанцию.

ПЛПЛ – слабый тип, встречается только среди женщин. Характерны подверженность различным влияниям, беззащитность, но вместе с тем способность идти на конфликт.

ПЛЛП – артистизм, некоторое непостоянство, склонность к новым впечатлениям. В общении смел, умеет избегать конфликтов и переключаться на новый тип поведения, Среди женщин встречается примерно вдвое чаще, чем среди мужчин.

ПЛЛЛ – а этот тип, наоборот, более характерен для мужчин. Отличается независимостью, непостоянством и аналитическим складом ума.

ЛППП – один из наиболее распространенных типов. Он эмоционален, легко контактирует практически со всеми, Однако недостаточно настойчив, подвержен чужому влиянию.

ЛППЛ – похож на предыдущий тип, но еще менее настойчив, мягок и наивен. Требует особо бережного отношения к себе.

ЛПЛП – это самый сильный тип характера. Настойчив, энергичен, трудно поддается убеждению. Несколько консервативен из-за того, что нередко пренебрегает чужим мнением.

ЛПЛЛ – характер сильный, но ненавязчивый. Внутренняя агрессивность прикрыта внешней мягкостью. Способен к быстрому взаимодействию, но взаимопонимание при этом отстает.

ЛЛПП – характерны дружелюбие, простота, некоторая разбросанность интересов.

ЛЛПЛ – простодушие, мягкость, доверчивость – вот его основные черты. Очень редкий тип, у мужчин практически не встречается.

ЛЛЛП – эмоциональность в сочетании с решительностью приводит к непродуманным поступкам. Энергичен.

ЛЛЛЛ – обладает способностью по-новому взглянуть на вещи. Ярко выраженная эмоциональность сочетается с индивидуализмом, упорством и некоторой замкнутостью.

Внесите, пожалуйста, в таблицу №2 , находящуюся на “Рабочем столе” полученные характеристики.

Как вы заметили, сочетание ЛЛЛЛ соответствует художественному типу, а ПППП присуще мыслителям. Но поскольку в чистом виде эти типы встречаются нечасто, то остальные сочетания в какой-то мере отражают существующее многообразие психологических структур. Впрочем, предложенная классификация – лишь первый шаг к познанию самого себя. Сделаем следующий.

2. Контактность

Не так уж много на земле профессий, позволяющих обходиться без общения с людьми. Поэтому вы поступите правильно, если обратите внимание на такие качества, как общительность, контактность. Они полезны не только обаятельным кинозвездам, но и каждому, кто хочет с толком использовать свой дар речи. Поэтому поставим вопрос таким образом: куда вы обращены – к людям или к себе? С кем бы вы предпочли общаться – с самим собой или с другими?

Если хотите определить свой психологический тип по отношению к окружающим, то оцените приведенные высказывания в баллах от 0 до 4, затем подсчитайте сумму.

1. Я легко сближаюсь с людьми.
2. У меня много знакомых, с которыми я охотно встречаюсь.
3. Я разговорчивый человек.
4. Я непринужденно чувствую себя с незнакомыми людьми
5. Мне стало бы неприятно, если бы надолго исчезла возможность общения. -
6. Когда мне надо что-то узнать, я предпочитаю спросить, а не копаться в книгах.
7. Мне удается оживить скучную компанию.
8. Я говорю быстро.
9. Когда я надолго оторван от людей, мне очень хочется поговорить с кем-нибудь.

1–12 баллов. Интроверт. Обращенный в себя, он с трудом вступает в контакт, в компании способен нагнать на всех тоску. Такой человек ориентирован в основном на собственные чувства, сдержан, застенчив, общению предпочитает книгу. В решениях серьезен, эмоциям не доверяет, любит порядок. Пессимистичен, и поэтому вряд ли из него получится хороший педагог или организатор. По темпераменту обычно флегматик или меланхолик.

13–24 балла. Амбаверт. Для него характерны спокойные, ровные отношения с людьми, ответственность за свои поступки. Именно такими качествами обладают, как правило, лучшие руководители, педагоги – словом, все, чья работа требует умения общаться с людьми.

25–36 баллов. Экстраверт. Словоохотливый, общительный оптимист, любит каверзные вопросы, острые шутки. Общение с кем бы то ни было для него не проблема, и тут он прекрасный импровизатор. Все у него получается легко и непринужденно. Но не менее легко относится и к собственным обязательствам, и поэтому хозяином своего слова его можно назвать лишь с иронией. Несдержан, потому что не считает нужным контролировать эмоции и чувства. Такой человек обычно холерик или сангвиник.

Приложение 2 ), находящуюся на “Рабочем столе” полученные характеристики.

3. Склонности и предпочтения

Специальные методики помогают выявлять способности и склонности человека быстро и в широком диапазоне. Таких методик уже сотни, но все равно их недостаточно. Ведь далеко не все области человеческой деятельности настолько простоты, что к ним можно сформулировать четкие, однозначные требования. Тем не менее известный психолог Е. А. Климов разделил все профессии на пять групп: к первой он отнес профессии типа “человек – природа” (например, лесовод, агроном, биолог), ко второй – “человек – техника” (слесарь, механизатор, монтажник), к третьей – “человек – человек” (педагог, медсестра, администратор), к четвертой – “человек – знаковая система” (стенографистка, оператор ЭВМ, математик), к пятой – “человек – художественный образ” (ювелир, фотограф, художник).

Ответив на следующие вопросы, вы можете определить, какой тип профессий предпочитаете. Нравится ли вам занятие, о котором говорится в левой части вопроса (колонка а), или нет? Что для Вас предпочтительнее? Выберите вариант ответа.

Таблица 1

Выбранные варианты ответов обведите, пожалуйста, в таблице 3

В двух колонках “попаданий” окажется больше всего, они покажут Ваши предпочтения в деятельности.

Внесите, пожалуйста, в таблицу 2 (см. Приложение 2 ) , находящуюся на “Рабочем столе” полученные характеристики.

Теперь, когда вы более или менее твердо определили, какой тип профессии вам больше по душе, пора подумать и о необходимых качествах, которые понадобятся вам в будущем.

Домашнее задание: выделить в проделанной работе этапы моделирования и на основе полученных данных составить список предпочтительных профессий и смоделировать свой профессиональный образ.

Совет: не относитесь к полученным результатам слишком серьезно.

Используемая литература:

1. Угринович Н. Информатика и ИКТ. Базовый курс. Учебник для 9 класса. – М.: БИНОМ, 2006.
2. Жариков Е., Крушельницкий Е. Для тебя и о тебе. – М.: Просвещение,1991.

1) Первым этапом любого исследования является постановка задачи, которая определяется заданной целью.

Задача формулируется на обычном языке. По характеру постановки все задачи можно разделить на две основные группы. К первой группе можно отнести задачи, в которых требуется исследовать, как изменятся характеристики объекта при некотором воздействии на него, "что будет, если?…". Вторая группа задач: какое надо произвести воздействие на объект, чтобы его параметры удовлетворяли некоторому заданному условию, "как сделать, чтобы?..".

2) Второй этап - анализ объекта. Результат анализа объекта - выявление его составляющих (элементарных объектов) и определения связей между ними.

3) Третий этап - разработка информационной модели объекта. Построение модели должно быть связано с целью моделирования. Каждый объект имеет большое количество различных свойств. В процессе построения модели выделяются главные, наиболее существенные, свойства, которые соответствуют цели.

Все то, о чем говорилось выше - это формализация.

Формализация - это процесс выделения и перевода внутренней структуры объекта в определенную информационную структуру - форму.

Построив информационную модель, человек использует ее вместо объекта-оригинала для изучения свойств этого объекта, прогнозирования его поведения и пр. Прежде чем строить какое-то сложное сооружение, например мост, конструкторы делают его чертежи, проводят расчеты прочности, допустимых нагрузок. Таким образом, вместо реального моста они имеют дело с его модельным описанием в виде чертежей, математических формул.

Моделирование любой системы невозможно без предварительной формализации. По сути, формализация - это первый и очень важный этап процесса моделирования.

Построение и использование компьютерных моделей

В наиболее общем виде процесс построения и использования компьютерных моделей можно представить как последовательность этапов:

1) Постановка задачи

a) Описание задачи

b) Цель моделирования

c) Анализ объекта

2) Разработка модели

a) Информационная модель

b) Знаковая модель

c) Компьютерная модель

3) Компьютерный эксперимент

4) Анализ результатов моделирования (результат соответствует цели/результат не соответствует цели).

Каждый раз при решении конкретной задачи такая схема может подвергаться некоторым изменениям: какой-то блок может быть убран или усовершенствован. Все этапы определяются поставленной задачей и целями моделирования.

3D Моделирование

Трехмерная модель - это воссозданная на базе рабочей проектной документации точная геометрическая копия объекта

3D графика - это создание объемной модели при помощи специальных компьютерных программ. На основе чертежей, рисунков, подробных описаний или любой другой графический или текстовой информации, 3D дизайнер создает объемное изображение. В специальной программе модель можно посмотреть со всех сторон (сверху, снизу, сбоку), встроить на любую плоскость и в любое окружение.

Трехмерная графика может быть любой сложности. Вы можете создать простую трехмерную модель, с низкой детализацией и упрощенной формы. Или же это может быть более сложная модель, в которой присутствует проработка самых мелких деталей, фактуры, использованы профессиональные приемы (тени, отражения, преломление света и так далее). Конечно, это всерьез влияет на стоимость готовой трехмерной модели, однако позволяет расширить применение трехмерной модели.

Преимуществ у трехмерного моделирования перед другими способами визуализации довольно много. Трехмерное моделирование дает очень точную модель, максимально приближенную к реальности. Современные программы помогают достичь высокой детализации. При этом значительно увеличивается наглядность проекта. Выразить трехмерный объект в двухмерной плоскости не просто, тогда как 3D визуализации дает возможность тщательно проработать и что самое главное, просмотреть все детали. Это более естественный способ визуализации.

В трехмерную модель очень легко вносить практически любые изменения. Вы можете изменять проект, убирать одни детали и добавлять новые. Ваша фантазия практически ни чем не ограничена, и вы сможете быстро выбрать именно тот вариант, который подойдет вам наилучшим образом. моделирование вербальный компьютерный формализация

Однако трехмерное моделирование удобно не только для клиента. Профессиональные программы дают множество преимуществ и изготовителю. Из трехмерной модели легко можно выделить чертеж каких-либо компонентов или конструкции целиком. Несмотря на то, что создание трехмерной модели довольно трудоемкий процесс, работать с ним в дальнейшем гораздо проще и удобнее чем с традиционными чертежами. В результате значительно сокращаются временные затраты на проектирование, снижаются издержки.

Специальные программы дают возможность интеграции с любым другим профессиональным программным обеспечением, например, с приложениями для инженерных расчетов, программами для станков или бухгалтерскими программами. Внедрение подобных решений на производстве дает существенную экономию ресурсов, значительно расширяет возможности предприятия, упрощает работу и повышает ее качество.

Программы для трехмерного моделирования:

Существует довольно большое количество самых разных программ для 3D моделирования. Так, одной из популярных программ, которые специально разработаны для создания трехмерной графики и дизайна интерьеров, является программа 3D Studio MAX. Она позволяет реалистично визуализировать объекты самой разной сложности. Кроме того, "3D Studio MAX" дает возможность компоновать их, задавать траектории перемещений и в конечном итоге даже создавать полноценное видео с участием трехмерных моделей. Хотя такая работа, конечно же, требует у специалиста серьезных навыков, а также больших компьютерных ресурсов, в первую очередь объемов памяти и быстродействие процессора.

Другой широко используемой программой является AutoCAD. Она также используется для трехмерного моделирования и визуализации, профессионального архитектурно-строительного проектирования, постоянно дополняется новыми возможностями. Довольно большое количество программ могут быть интегрированы с базовым ядром "AutoCAD". Например, приложение для визуализации в таких областях, как вентиляция, трубопроводы, электрика и так далее. Если программу "3D Studio MAX" больше предпочитают дизайнеры и аниматоры, то программой "AutoCAD" в основном пользуются профессиональные архитекторы для реализации сложных проектов.

Рисунок 3.Модель кабинета, выполненная в программе 3D Studio MAX

Моделирование как метод познания

1.1.1. Модели и моделирование

Человек стремится познать объекты (предметы, процессы, явления) окружающего мира, т. е. понять, как устроен конкретный объект, каковы его структура, основные свойства, законы развития и взаимодействия с другими объектами. Для решения многих практических задач важно знать:

Как изменятся характеристики объекта при определённом воздействии на него со стороны других объектов («Что будет, если...?»);

Какое надо произвести воздействие на объект, чтобы изменить его свойства в соответствии с новыми требованиями («Как сделать, чтобы...?»);

Какое сочетание характеристик объекта является наилучшим в заданных условиях («Как сделать лучше?»).

Одним из методов познания объектов окружающего мира является моделирование, состоящее в создании и исследовании упрощённых заменителей реальных объектов. Объект-заменитель принято назы вать моделью, а исходный объект - прототипом или оригиналом. Примеры моделей приведены на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Примеры моделей

К созданию моделей прибегают, когда исследуемый объект слишком велик (Солнечная система) или слишком мал (атом), когда процесс протекает очень быстро (переработка топлива в двигателе внутреннего сгорания) или очень медленно (геологические процессы), когда исследование объекта может оказаться опасным для окружающих (атомный взрыв), привести к разрушению его самого (проверка сейсмических свойств высотного здания) или когда создание реального объекта очень дорого (новое архитектурное решение) и т. д.

Модель не является точной копией объекта-оригинала: она отражает только часть его свойств, отношений и особенностей поведения.

Чем больше признаков объекта отражает модель, тем она полнее. Однако отразить в модели все признаки объекта-оригинала невозможно, а чаще всего и не нужно. Признаки объекта-оригинала, которые должны быть воспроизведены в модели, определяются целью моделирования - назначением будущей модели. Эти признаки называются существенными для данной модели с точки зрения цели моделирования.

Подумайте, какие признаки объекта «театр» будут существенными при создании его модели с точки зрения: 1) строительной компании, занимающейся возведением здания театра; 2) режиссёра, готовящего постановку нового спектакля; 3) кассира, продающего билеты; 4) зрителя, собирающегося посетить представление.

Модель

Моделирование

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

Отразить в модели признаки оригинала можно разными способами.

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 моделируемого объекта (глобус), его структуру (модель Солнечной системы) или поведение (радиоуправляемая модель автомобиля).

Во-вторых, признаки оригинала можно описать на одном из языков представления (кодирования) информации - дать словесное описание, привести формулу, схему или чертёж и т. д. Такую модель называют информационной. В дальнейшем мы будем рассматривать именно информационные модели.

Информационная модель - описание объекта-оригинала на одном из языков представления (кодирования) информации.

1.1.2. 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. 1.2).

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.

Рис. 1.2. Этапы создания информационной модели

Пример . Ученик 9 класса к уроку литературы должен выучить наизусть три первые строфы первой главы романа А, С. Пушкина «Евгений Онегин», содержащие 42 строки. Сколько ему потребуется времени на выполнение этого задания, если первую строку он может запомнить за 5 секунд, а на запоминание каждой следующей строки ему требуется времени на 2 секунды больше, чем на запоминание предыдущей строки?

В данном случае объектом моделирования является процесс запоминания стихотворения учеником; цель моделирования состоит в том, чтобы получить формулу для расчёта времени, необходимого ученику для заучивания стихотворения.

С точки зрения цели моделирования, существенной является следующая информация: время запоминания первой строки (5 секунд); разница во времени запоминания очередной и предыдущей строк (2 секунды); количество строк, подлежащих запоминанию (42 строки). Это исходные данные. Результатом должно стать время, необходимое для заучивания всех 42 строк фрагмента романа.

Так как время для заучивания каждой строки, начиная со второй, получается добавлением ко времени, требуемому для заучивания предыдущей строки, постоянного числа, то можно говорить об арифметической прогрессии: б, 7, 9, 11, ...

Первым членом этой прогрессии является а1 = 5, разность прогрессии d = 10, число членов прогрессии n = 42.

Эта формула и является искомой информационной моделью. С её помощью самостоятельно вычислите время, необходимое ученику для заучивания стихотворения.

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.

По адресу http://earth.google.com/intl/ru/ размещено приложение «Google Планета Земля», предоставляющее возможность путешествовать по нашей планете, не вставая с кресла. Это трёхмерная модель планеты, перемещаясь по которой вы можете: просматривать спутниковые фотографии земной поверхности; осматривать города, отдельные здания и всемирно известные достопримечательности в трёхмерном изображении; исследовать отдалённые галактики, созвездия и планеты; совершать путешествия в прошлое и т. д.

1.1.3. Классификация информационных 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.

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

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, в виде формулы и т. д.

Образные информационные модели (рисунки, фотографии и др.) представляют собой зрительные образы объектов, зафиксированные на каком-либо носителе информации.

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.

САМОЕ ГЛАВНОЕ

Модель - это новый объект, который отражает существенные с точки зрения цели моделирования признаки изучаемого предмета, процесса или явления.

Моделирование - метод познания, заключающийся в создании и исследовании моделей.

Цель моделирования (назначение будущей модели) определяет признаки объекта-оригинала, которые должны быть воспроизведены в модели.

Различают натурные и информационные модели. Натурные модели - реальные предметы, в уменьшенном или увеличенном виде воспроизводящие внешний вид, структуру или поведение моделируемого объекта. Информационные модели - описания объекта-оригинала на одном из языков кодирования информации.

Формализация - процесс замены реального объекта его формальным описанием, т. е. его информационной моделью.

По форме представления различают образные, знаковые и смешанные (образно-знаковые) информационные модели.

Вопросы и задания

1.Ознакомьтесь с материалами презентации к параграфу, содержащейся в электронном приложении к учебнику. Что вы можете сказать о формах представления информации в презентации и в учебнике? Какими слайдами вы могли бы дополнить презентацию?

2.Что такое модель? В каких случаях используется моделирование?

3.Подтвердите на примерах справедливость следующих высказываний:

а)одному объекту может соответствовать несколько моделей;

б)одна модель может соответствовать нескольким объектам.

4.Приведите примеры натурных и информационных моделей.

5.В приведённом перечне моделей укажите те, которые могут использоваться для:

а)представления объектов окружающего мира;

б)объяснения известных фактов;

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

г)прогнозирования;

д)управления.

Модели: макет застройки жилого района; фотоснимки движения воздушных масс; расписание движения поездов; модель полёта самолёта новой конструкции в аэродинамической трубе; схема строения внутренних органов человека.

6. Приведите пример информационной модели:

а)ученика вашего класса;

б)игрока баскетбольной команды;

в)пациента ветеринарной лечебницы;

Основные этапы информационного моделирования

Информационное моделирование – это творческий процесс. Не существует универсального рецепта построения моделей, пригодного на все случаи жизни, но можно выделить основные этапы и закономерности, характерные для создания самых разных моделей.

Первый этап – постановка задачи. Прежде всего следует уяснить цель моделирования. Исходя из цели моделирования, определяется вид и форма представления информационной модели, а также степень детализации и формализации модели. В соответствии с целью моделирования заранее определяются границы применимости создаваемой модели. На этом этапе также необходимо выбрать инструментарий, который будет использоваться при моделировании (например, компьютерную программу).

Второй этап – собственно моделирование, построение модели. На этом этапе важно правильно выявить составляющие систему объекты, их свойства и взаимоотношения и представить всю эту информацию в уже выбранной форме. Создаваемую модель необходимо периодически подвергать критическому анализу, чтобы своевременно выявлять избыточность, противоречивость и несоответствие целям моделирования.

Третий этап – оценка качества модели, заключающаяся в проверке соответствия модели целям моделирования. Такая проверка может производиться путем логических рассуждений, а также экспериментов, в том числе и компьютерных. При этом могут быть уточнены границы применимости модели. В случае выявления несоответствия модели целям моделирования она подлежит частичной или полной переделке.

Четвертый этап – эксплуатация модели, ее применение для решения практических задач в соответствии с целями моделирования.

Пятый этап – анализ полученных результатов и корректировка исследуемой модели.

Практическая работа в 3dsMax

Первое знакомство. Управление объектами

Работа со стандартными примитивами

Создание конструкций из примитивов, управление видами, рендеринг

Единицы измерения, сетка, привязка к сетке, массивы

Сплайны, типы вершин сплайнов, тела вращения

Выдавливание (Extrude), фаска или скос (bevel), лофтинг (loft), простые ландшафты

Работа с материалами

Составные материалы

Освещение

Вычитание. Создание системы стен. Организация проемов вычитанием

АЛГОРИТМИЗАЦИЯ И ПРОГРАММИРОВАНИЕ

Алгоритмы

Появление алгоритмов связывают с зарождением математики. Более 1000 лет назад (в 825 году) ученый из города Хорезма Абдулла (или Абу Джафар) Мухаммед бен Муса аль-Хорезми создал книгу по математике, в которой описал способы выполнения арифметических действий над многозначными числами. Само слово алгоритм возникло в Европе после перевода на латынь книги этого математика.

Алгоритм – описание последовательности действий (план), строгое исполнение которых приводит к решению поставленной задачи за конечное число шагов.

За время своего существования человечество выработало правила поведения в определенных ситуациях для достижения поставленных целей. Часто эти правила можно представить в виде инструкций, состоящих из последовательно выполняемых пунктов (шагов). Так, например, в первобытном обществе инструкция охотникам по восполнению продовольственных запасов племени могла бы выглядеть следующим образом:

Найти тропу, по которой часто ходят мамонты.

Вырыть на ней большую глубокую яму и замаскировать ветками.

Спрятаться и ждать, пока в яму не провалится мамонт.

Закидать провалившегося мамонта копьями и камнями.

Разделать тушу и доставить ее к хижинам племени.

Возможно, что некоторые наскальные рисунки, сделанные до возникновения письменности, представляли собой своеобразную запись таких инструкций.

Перечни поочередно выполняемых действий используются в самых различных сферах человеческой деятельности. В качестве примеров можно привести правила выполнения умножения и деления чисел “столбиком” в арифметике, пошаговые инструкции по выполнению физических или химических опытов, сборке мебели, подготовки к работе фотоаппарата.

Свойства алгоритмов:
1. Дискретность (алгоритм должен состоять из конкретных действий, следующих в определенном порядке);
2. Детерминированность (любое действие должно быть строго и недвусмысленно определено в каждом случае);
3. Конечность (каждое действие и алгоритм в целом должны иметь возможность завершения);
4. Массовость (один и тот же алгоритм можно использовать с разными исходными данными);
5. Результативность (отсутствие ошибок, алгоритм должен приводить к правильному результату для всех допустимых входных значениях).

Виды алгоритмов:
1. Линейный алгоритм (описание действий, которые выполняются однократно в заданном порядке);
2. Циклический алгоритм (описание действий, которые должны повторятся указанное число раз или пока не выполнено задание);
3. Разветвляющий алгоритм (алгоритм, в котором в зависимости от условия выполняется либо одна, либо другая последовательность действий)
4. Вспомогательный алгоритм (алгоритм, который можно использовать в других алгоритмах, указав только его имя).

Для более наглядного представления алгоритма широко используется графическая форма - блок-схема , которая составляется из стандартных графических объектов.

Стадии создания алгоритма:
1. Алгоритм должен быть представлен в форме, понятной человеку, который его разрабатывает.
2. Алгоритм должен быть представлен в форме, понятной тому объекту (в том числе и человеку), который будет выполнять описанные в алгоритме действия.

Исполнитель - объект, который выполняет алгоритм.

Идеальными исполнителями являются машины, роботы, компьютеры...

Исполнитель способен выполнить только ограниченное количество команд. Поэтому алгоритм разрабатывается и детализируется так, чтобы в нем присутствовали только те команды и конструкции, которые может выполнить исполнитель.

Исполнитель, как и любой объект, находится в определенной среде и может выполнять только допустимые в нем действия. Если исполнитель встретит в алгоритме неизвестную ему команду, то выполнение алгоритма прекратится.

Компьютер – автоматический исполнитель алгоритмов.

Алгоритм, записанный на «понятном» компьютеру языке программирования, называется программой .

Программирование - процесс составления программы для компьютера. Для первых ЭВМ программы записывались в виде последовательности элементарных операций. Это была очень трудоемкая и неэффективная работа. Поэтому в последствии были разработанные специальные языки программирования. В настоящее время существует множество искусственных языков для составления программ. Однако, так и не удалось создать идеальный язык, который бы устроил бы всех.

Линейный алгоритм

Существует большое количество алгоритмов, в которых команды должны быть выполнены одна за другой. Такие алгоритмы называются линейными .

Программа имеет линейную структуру, если все операторы (команды) выполняются последовательно друг за другом.

Разветвляющийся алгоритм

Разветвляющий алгоритм – это алгоритм, в котором в зависимости от условия выполняется либо одна, либо другая последовательность действий.

Во многих случаях требуется, чтобы при одних условиях выполнялась одна последовательность действий, а при других - другая.

Вся программа состоит из команд (операторов). Команды бывают простые и составные (команды, внутри которых встречаются другие команды). Составные команды часто называют управляющими конструкциями. Этим подчеркивается то, что эти операторы управляют дальнейшим ходом программы.

Алгоритмическая структура «цикл». Циклы со счетчиком и циклы по условию

Лучшее качества компьютеров проявляются не тогда, когда они рассчитывают значения сложных выражений, а когда многократно, с незначительными изменениями, повторяют сравнительно простые операции. Даже очень простые расчеты могут поставить человека в тупик, если их надо повторить тысячи раз, а повторять операции миллионы раз человек совершенно не способен.

С необходимостью повторяющихся вычислений программисты сталкиваются постоянно. Например, если надо подсчитать, сколько раз буква "о" встречается в тексте необходимо перебрать все буквы. При всей простоте этой программы исполнить ее человеку очень трудно, а для компьютера это задача на несколько секунд.

Циклический алгоритм - описание действий, которые должны повторяться указанное число раз или пока не выполнено заданное условие.

Перечень повторяющихся действий называют телом цикла .

Например, на уроке физкультуры вы должны пробежать некоторое количество кругов вокруг стадиона.

Такие циклы называются - циклы со счетчиком.

В субботу вечером вы смотрите телевизор. Время от времени поглядываете на часы и если время меньше полуночи, то продолжаете смотреть телевизор, если это не так, то вы прекращаете просмотр телепередач.

Циклы такого вида называют - циклы с предусловием.

Вам надо поточить все карандаши в коробке. Вы точите один карандаш и откладываете его в сторону. Затем проверяете, остались ли карандаши в коробке. Если условие ложно, то снова выполняется действие "заточить карандаш". Как только условие становится истинным, то цикл прекращается.

Циклы такого вида называют - циклы с постусловием .

Программирование

Объектно-ориентированное является в настоящее время наиболее популярной технологией программирования. Объектно-ориентированными языками программирования являются Visual Basic, Pascal, Visual Basic for Application (VBA), Delphi и др.

Основной единицей в объектно-ориентированном программировании является объект , который заключает в себе (инкапсулирует) как описывающие его данные (свойства ), так и средства обработки этих данных (методы ).

Объекты, заключающие одинаковый перечень свойств и методов, объединяются в классы . Каждый отдельный объект является экземпляром класса . Экземпляры класса могут иметь отличающиеся значения свойств.
Например, в среде Windows&Office в приложении Word существует класс объектов документ, который обозначается следующим образом: Documents ()
Класс объектов может содержать множество различных документов (экземпляров класса), каждый из которых имеет свое имя. Например, один из документов может иметь имя flpo6a.doc: Documents ("npo6a.doc")
Объекты в приложениях образуют некоторую иерархию. На вершине иерархии объектов находится приложение. Так, иерархия объектов приложения Word включает в себя следующие объекты: приложение (Aplication), документ (Documents), фрагмент документа (Selection), символ (Character) и др.
Полная ссылка на объект состоит из ряда имен вложенных последовательно друг в друга объектов. Разделителями имен объектов в этом ряду являются точки, ряд начинается с объекта наиболее высокого уровня и заканчивается именем интересующего нас объекта.
Например, ссылка на документ flpo6a.doc в приложении Word будет выглядеть следующим образом: Application . Documents ("Проба. doc")
Чтобы объект выполнил какую-либо операцию, необходимо задать метод. Многие методы имеют аргументы, которые позволяют установить параметры выполняемых действий. Для присваивания аргументам конкретных значений применяется двоеточие и знак равенства, а между собой аргументы отделяются запятой. Синтаксис команды применения метода объекта следующий: Объект.Метод:=значение, арг2:=значение
Например, операция открытия в приложении Word документа flpo6a.doc должна содержать не только название метода Open, но и указание пути к открываемому файлу (аргументу метода FileName необходимо присвоить конкретное значение): Documents () .Open FileName: ="С: ДокументыПроба. doc"
Чтобы изменить состояние объекта, необходимо определить новые значения его свойств. Для присваивания свойству конкретного значения используется знак равенства. Синтаксис установки значения свойства объекта следующий: Объект.Свойство = ЗначениеСвойства
Одним из классов объектов является класс символов Characters (). Экземпляры класса нумеруются: Characters (I), Characters (2) и т. д. Установим во фрагменте текста (объект Selection) для первого символа (объект Characters (1)) начертание полужирный (свойство Bold).
Свойство Bold имеет два значения и может быть установлено (значение True) или не установлено (значение False). Значения True и False являются ключевыми словами языка.Присвоим свойству Bold значение True: Selection.Characters(1).Bold = True
Объектно-ориентированное программирование по своей сути - это создание приложений из объектов, подобно тому как из блоков и различных деталей строятся дома. Одни объекты приходится полностью создавать самостоятельно, тогда как другие можно позаимствовать в готовом виде из разнообразных программных библиотек.

Практическая работа в QBasic

Знакомство с QBasic. Вывод текста.

Вывод текста и символов

Управление цветом в текстовом режиме

Решение математических задач

Ввод данных с клавиатуры. Оператор INPUT

Операторы условия

Операторы цикла

Текстовый и графический режимы мониторов

Графические примитивы

Массивы

Практическая работа в Pascal

Структура языка, основные операторы

Расположение символов

Арифметические операции и выражения

Введение понятия переменной

Типы переменных

Операторы деления

Оператор чтения read

Оператор условия if…then

Массивы

Графика

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

ТЕХНОЛОГИЯ ОБРАБОТКИ ТЕКСТОВОЙ ИНФОРМАЦИИ

Текстом называется любая последовательность сим-волов, к которым относятся буквы, пробел, знаки препина-ния, цифры, знаки арифметических операций и операций отношения и т. п.

К аппаратным средствам ввода текста относятся клавиа-тура, сканер, световой карандаш и др.

Текстовый редактор - программное средство, предназна-ченное для создания (ввода, набора), редактирования и оформления текстов.

Основные функции текстового редактора:

обеспечение ввода текста с клавиатуры или из существующего файла;

редактирование текста (добавление, изменение, удале-ние или копирование фрагментов текста, символов, слов и т. д.);

оформление текста (выбор шрифтов, способа выравни-вания, установление межстрочного интервала, интерва-ла между абзацами и т. п.);

размещение текста на странице (установка размера страницы, полей, отступов; разбиение на колонки; расстановка номеров страниц, колонтитулов и пр.);

сохранение текста в файле на внешнем носителе или получение твердой копии (печать текста);

проверка орфографии, подбор синонимов, контекстный поиск и замена;

выдача подсказок и прочее.

Если рассматривать текст как систему, то элементами его будут отдельные символы, слова, строки, предложения, аб-зацы.

Абзацем в обычном тексте называют часть текста от од-ной красной строки до другой.

В текстовом редакторе абзац - это часть текста от одного признака конца строки до другого (чаще всего признак кон-ца строки вставляется в текст автоматически при нажатии клавиши ввода).

Над абзацами в текстовых редакторах выполняются та-кие операции, как выравнивание, установка межстрочного интервала, установка отступа красной строки.

В текстовых редакторах допустимы операции над отдель-ными элементами текста, даже если они не выделены, на-пример, операции над символами (удаление, вставка, заме-на), абзацами (выравнивание, отступы), но основной принцип оформления текста в текстовом редакторе «вы- дели и преобразуй».

В текстовых редакторах большинство операций по преоб-разованию текста осуществляется над выделенными фраг-ментами текста, например, такие операции, как копирова-ние и перенос.

Наиболее распространенные текстовые редакторы: «Лек-сикон», Edit, «Слово и дело», Ched, NotePad, Write.

Текстовый процессор отличается от текстового редактора более широкими функциональными возможностями, таки-ми как:

настраиваемое пользователем меню;

использование контекстного меню;

сопровождение текста таблицами и проведение в них простейших расчетов;

вставка графических объектов (рисунков, диаграмм, заголовков и пр.) или создание рисунков с помощью встроенных инструментов;

вставка формул, графиков, диаграмм;

оформление текста списками, буквицами;

использование инструмента автокоррекции текста и его автореферирования;

создание и использование макросов;

фоновая проверка орфографии, синтаксиса и многое другое.

Наиболее распространенные текстовые процессоры: Word (Microsoft Office), Word Pro (Lotus SmartSuite), WordPerfect (Perfect Office), WordExpress, Accent.

Практическая работа в текстовом редакторе WordPad

Знакомство с WordPad. Ввод текста

Форматирование текста

Списки

Вставка рисунка

Практическая работа в текстовом процессоре MS Word

Знакомство с MSWord. Ввод текста

Выделение фрагментов текста. Отступ.

Форматирование текста

Списки

Вставка рисунка

Работа с таблицами

Рисование в Word

Колонтитулы. Нумерация страниц

Вставка формул

ТЕХНОЛОГИЯ ОБРАБОТКИ ГРАФИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ

Для обработки изображений на компьютере используют-ся специальные программы - графические редакторы. Гра-фические редакторы также можно разделить на две катего-рии: растровые и векторные.

Растровые графические редакторы являются наилучшим средством обработки фотографий и рисунков, поскольку растровые изображения обеспечивают высокую точность пе-редачи градаций цветов и полутонов.

Среди растровых графических редакторов есть простые, на-пример стандартное приложение Paint, и мощные профессио-нальные графические системы, например Adobe Photoshop.

К векторным графическим редакторам относятся графи-ческий редактор, встроенный в текстовый редактор Word. Среди профессиональных векторных графических систем наиболее распространена CorelDRAW.

Графический редактор - это программа создания, редак-тирования и просмотра графических изображений.

Для создания рисунка традиционными методами необхо-димо выбрать инструмент рисования (это могут быть фло-мастеры, кисть с красками, карандаши, пастель и многое другое). Графические редакторы также предоставляют воз-можность выбора инструментов для создания и редактиро-вания графических изображений, объединяя их в панели инструментов.

Практическая работа в графическом редакторе Paint

Изучение возможностей редактора Paint

Создание простейших рисунков.

Повторяющиеся элементы. Симметрия.

Практическая работа в графическом редакторе Photoshop

Звезда

Цветок

Золотая цепь

Золотой текст

Текстура дерева Документ

Информатика и Информационные технологии ОГЛАВЛЕНИЕ Информация 4 Информационные процессы 4 Информатизация 5 Информатика 5 ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ 6 Язык, как способ...

1. Информатика и информационные технологии

   Документ

   А именно: автоматическое формирование оглавления документа, автоматическая нумерация различных... знаний, 2006. – 511 с. Содержание 1.Информатика и информационные технологии . 1 1.1.Основные задачи информатики . 1 1.2.Сигналы, данные, информация. ...

2. Информатика и информационные технологии в экономике методические указания для подготовки отчета по учебной практике красноярск 2007

   Методические указания

   В.А. Филиппов К.А. Ширяева Т.А. Шлепкин А.К. Информатика и информационные технологии в экономике: методические указания для подготовки... количество уровней – 2. Измените стили оглавления (Оглавление 1 и Оглавление 2): Шрифт 14, Межстрочный интервал...

3. ИНФОРМАТИКА И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ВУЗЕ

   Научно-методический журнал

4. Информационные технологии теория и практика

   Сборник научно-методических статей

   А. В. Авторская программа профильного курса по информатике и информационным технологиям / А. В. Могилев // Информатика и образование. – 2006. – № 8. – С. ... HTML(PDF) файлов. Создаётся оглавление . Происходит иерархическое структурирование файлов. ...

При создании информационных моделей, предшест­вующем выбору СОИ, необходимо руководствоваться следующими эргономическими требованиями :

♦ по количеству информации они должны обеспечивать оптимальный информационный баланс и не приводить к таким нежелательным явлениям, как дефицит или из­быток информации;

♦ по форме и композиции они должны соответствовать задачам трудового процесса и возможностям челове­ка по приему, анализу, оценке информации и осущест­влению управляющих воздействий.

Учет этих требований в процессе проектирования информационных моделей позволяет оператору выпол­нять возложенные на него функции с необходимой опе­ративностью и точностью, предотвращает появление ошибочных действий, обеспечивает эффективное функ­ционирование системы "человек -машина".

Опыт разработки и использования информацион­ных моделей, а также анализ деятельности операторов с ними позволяют сформулировать ряд важнейших харак­теристик информационных моделей.

Отображение существенной информации и проблемной ситуации. В информационной модели должны быть пред­ставлены лишь основные свойства, отношения, связи управляемых объектов. В этом смысле модель воспроиз­водит действительность в упрощенном виде и всегда является некоторой ее схематизацией. Степень и характер упрощения и схематизации могут быть определены на основе анализа задач систем "человек - машина".

При возникновении проблемной ситуации в управ­лении ее восприятие облегчается, если в информацион­ной модели предусмотрено отображение:

♦ изменений свойств элементов ситуации, которые про­исходят при их взаимодействии. В этом случае измене-

ния свойств отдельных элементов воспринимаются не изолированно, а в контексте ситуации в целом;

♦ динамических отношений управляемых объектов, при этом связи и взаимодействия информационной модели должны отображаться в развитии. Допустимо и даже полезно утрирование или усиление отображения тен­денций развития элементов ситуации, их связей или си­туации в целом;

♦ конфликтных отношений, в которые вступают элементы ситуации.

Организация структуры и наглядность информацион­ной модели. Оптимальная организация структуры ин­формационной модели позволяет быстро и точно воспри­нимать отображаемую ситуацию в целом. Одним из спо­собов такой ее организации является хорошая компонов­ка. В информационной модели должен быть представлен набор сведений, находящихся в определенном и очевид­ном взаимодействии.

Модель должна быть наглядной, т.е. обеспечивать оператору возможность быстро, точно и без кропотливо­го анализа воспринимать данные. Однако объекты управ­ления, их свойства и взаимодействия не всегда обладают наглядными признаками. В этом случае при разработке информационных моделей приходится решать задачи, близкие к тем, которые в методологии науки определя­ются как "визуализация понятий".

Этапы построения информационной модели. Порядок построения информационной модели, как правило, сле­дующий:

1) определение задач системы и очередности их решения;

2) определение источников информации, методов реше­ния задач, времени, необходимого на их решение, а также требуемой точности;

3) составление перечня типов объектов управления, опре­деление их количества и параметров работы системы;

4) составление перечня признаков объектов управления разных типов;

5) распределение объектов и признаков по степени важ­ности, выбор критичных объектов и признаков, учет которых необходим в первую очередь;

6) выбор системы и способов кодирования объектов уп­равления, их состояний и признаков;

7) разработка общей композиции информационных моде­лей;

8) определение перечня исполнительных действий опера­торов, осуществляемых в процессе решения задачи и после принятия решения;

9) создание макета, моделирующего возможную ситуа­цию, проверка эффективности избранных вариантов информационных моделей и систем кодирования ин­формации. Критерием эффективности служат время, точность и напряженность работы оператора;

10) определение изменений по результатам экспериментов с композицией информационных моделей и систем ко­дирования, проверка эффективности каждого нового варианта на макете;

1 1) определение на макете уровня профессиональной под­готовки операторов и его соответствия заданному;

12) составление инструкций работы операторов в системе управления.

Предложенный порядок построения информацион­ных моделей намечен лишь в общем виде. Он может меняться в зависимости от специфики тех или иных систем управления и функций операторов .