Формирование исследовательской культуры учащихся на уроках информатики

И, наконец, рассуждая дальше, человек начал думать о том, какие могут' быть последствия тех или иных воздействий на объект и как в этом случае принять правильное решение.

Например, постановка экономический, социальных и экологических проблем получила широкое распространение в современном обществе. Что будет, если увеличить плату за квартиру или плату за проезд? Что произойдет в результате экологической катастрофы? Каковы последствия "ядерной зимы"?

Нередко целью моделирования бывает эффективное управление объектом. В этом случае результат моделирования будет более эффективным, если будут удовлетворенны все стороны, участвующие в управлении. Например, как наладить управление в школе, чтобы и учителя и ученики чувствовали себя в ее стенах комфортно? Как организовать работу центров досуга, чтобы их посещали школьники и они не были убыточными?

Можно бесконечно рассматривать цели и перспективы моделирования и еще раз убедиться в том, что моделирование имеет огромное значение в формировании системно-информационной картины мира.

Анализ объекта

Анализ объекта подразумевает четкое выделение моделируемого объекта и его основных свойств. Этот процесс называется системным анализом, И мы его рассматривали.

Вспомним, что такое системный анализ.

Что такое "система"?

Что такое "компоненты системы"?

Что такое "свойства компонентов"?

Какие существуют взаимосвязи между компонентами системы?

Пример 3

Системный анализ системы "самолет".

Компоненты системы; корпус, хвост, крылья и т.д.

Свойства компонентов; форма, размер и т.д.

Все компоненты системы связаны строго определенным образом. Связи можно изобразить в виде графа.

Суть принципа эмерджентности: компоненты системы в отдельности не обладают свойством полета, а система в целом способна летать.

II этап. Разработка модели

После того, как выполнен системный анализ объекта, можно приступать к построению его информационной модели. Информационные модели вы строили, поэтому просто вспомним, что это такое.

Что такое информационная модель?

Каким образом классифицируются информационные модели?

Каковы этапы создания информационной модели?

Одним из основных действий при построении информационной модели является сбор различной информации об объекте. В зависимости от того, с какой целью исследуется объект, какими средствами и знаниями обладает человек, будет получена разная по объему и содержанию информация.

Пример 4

Рассмотрим объект "растение" с точки зрения биолога, медика и учебника.

Биолог: сравнит растение с другими, известными ему; изучит корневую систему, стебель, клеточное строение, особенности почвы.

Медик: изучит химический состав с целью выявить полезные и вредные вещества растения для человека.

Ученик: зарисует внешний вид, запомнит запах, время, которое растение может простоять в воде, запомнит место обитания.

Пример 5

Рассмотрим объект "радуга" с точки зрения художника, физика и ученика.

Художник: обратит внимание на переходы между цветами.

Физик: объяснит это природное явление. Ученик: поразится красотой и поделится впечатлениями.

Таким образом, и мы говорили об этом, один и тот же объект может иметь различные модели. От чего это зависит?

Выбор наиболее существенной информации при создании информационной модели и ее сложность обусловлены целью моделирования. Построение информационной модели является отправным пунктом разработки модели.

Когда мы определились с объемом и содержанием данных, необходимых для построения информационной модели, а также определили все связи между компонентами объекта, можно представить информационную модель в знаковой форме. Знаковая форма может быть компьютерной или некомпьютерной. Лишь простые и знакомые по содержанию задачи можно решать с помощью традиционных способов. Сегодня, когда компьютер стал основным инструментом исследователя, все предварительные наброски, формулы, чертежи и схемы составляются на нем с помощью различных программ.

При построении компьютерной модели необходимо правильно выбрать программную среду.

Если компьютер нужен вам как вспомогательное средство для реализации своих замыслов, то для моделирования можно использовать прикладное программное обеспечение - текстовые редакторы, графические редакторы и т.д.

Упражнение

Приведите примеры моделей, построенных вами на предыдущих уроках с использованием прикладных программ.

Есть программные средства, которые обрабатывают исходную информацию, получают и анализируют результат. Здесь компьютер выступает как интеллектуальный помощник. В этом случае для моделирования можно использовать среду баз данных, электронных таблиц или языки программирования.

Вывод: при моделировании на компьютере необходимо иметь представление о классах программных средств, их назначении, инструментарии и технологии работы. Тогда легко можно преобразовать знаковую информационную модель в компьютерную и провести эксперимент.

III этап. Компьютерный эксперимент

После того, как модель создана, необходимо выяснить ее работоспособность или внедрить в производство. Для этого нужно провести эксперимент.

До появления компьютеров все эксперименты проводились либо в лабораторных условиях, либо на настоящем образце изделия. При этом натуральные и лабораторные эксперименты требовали больших затрат средств и времени. Образцы изделий подвергались различным нагрузкам и нередко разрушались. Хорошо. Если это часы или пылесос. А если самолет или ракета?

С развитием вычислительной техники появился новый метод исследования - компьютерный эксперимент. Он основан на тестировании модели.

Тестирование - это процесс проверки правильности построения и функционирования модели.

Тест - это набор исходных данных, для которых результат известен заранее.

Чтобы быть уверенным в правильности полученных результатов моделирования, необходимо, чтобы тест соответствовал следующим параметрам:

1. Тест всегда должен быть ориентирован на проверку разработанного алгоритма функционирования компьютерной модели. Тест не отражает смыслового содержания модели, но полученные результаты могут натолкнуть на мысль изменения исходной информационной или знаковой модели, где заложено смысловое содержание поставленной задачи.

2. Исходные данные в тесте могут совершенно не отражать реальную ситуацию. Важно то, чтобы при конкретных исходных данных заранее знать ожидаемый результат.

Пример 6

Математическая модель представлена в виде сложных математических формул. Ее необходимо протестировать. Вы подбираете несколько вариантов исходных данных и просчитывайте результат сами. Далее вводите те же данные в компьютер и получаете результат компьютерного эксперимента. Если он не совпадает с вашим, то надо искать и устранять причину.

IV этап. Анализ результатов моделирования

Конечный этап моделирования - принятие решения. Этот этап решающий - либо вы заканчиваете исследование, либо продолжаете. Этап анализа результатов не может существовать автономно. Полученные выводы часто приводят к проведению дополнительных экспериментов или изменению модели.

Основой для принятия решения служат результаты тестирования. Если они не соответствуют целям поставленной задачи, значит, были допущены ошибки на предыдущих этапах. Причины могут быть разными. Ошибки необходимо выявить и исправить. Процесс продолжается до тех пор, пока результаты эксперимента не станут отвечать целям моделирования.

Главное, надо всегда помнить: выявленная ошибка - тоже результат.

IV. Закрепление изученного

Постройте модели следующих процессов, соблюдая, по возможности, основные этапы моделирования.

№1. Рассчитайте минимальное количество обоев и их стоимость, необходимое для оклейки жилой комнаты размером 4 х 4 х 2,5 метра. Рулон обоев имеет ширину 55 сантиметров и длину 10 метров.

№2. Постройте модель проведения дня рождения.

№3. Постройте модель похода в кино.

V. Итоги урока, домашнее задание. Подготовиться к зачету по теме: "Модели и моделирование".

Размещено на Allbest.ru