Приведите пример учебной не компьютерной модели
Даже не вопрос.
Например, мне надо рассчитать, какие будут потенциалы под затворами некоторого ПЗС-регистра в зависимости от технологических параметров структуры (размеры электродв, толщина подзатворного диэлектрика, дожа и энергия при имплантации легирующей примеси) и от приложенных напряжений. Это, ещё раз повторю, не из пальца высосано, а реальная жизнь. Ну вот как раз для таких дел и существуют программы компьютерного поделирования (самая известная - SYPREM IV).
Второй пример, тоже из жизни. В том же самом регистре есть выходное устройство с трёхкаскадным истоковым повторителем. Задачи - рассчитать параметры транзисторов (длину и ширину каналов, ширину соединительных проводников) для достижения заданных параметров самого повторителя. Для этого опять же существуют программы моделирования, объединённые общим словом P-SPICE.
Это только то, что из личного опыта. А в соседнем отделе народ проводит тепловое и механическое моделирование как самих приборов, так и целых камер с кучей всякой напиханной в них требухи, и на это тоже есть какой-то специальный софт (не помню как назыается) .
И так ПОЧТИ ВЕЗДЕ. Всё, что сложно, долго и ДОРОГО пробовать "в железе", для начала надо проверить на компьютерной модели. Никто в жизни не станет делать комплект шаблонов под микросхему (общая стоимость для ПЗС примерно 60 тонн грина, для КМОП-датчиков - больше сотни, сколько для процессоров - мнедаже представить страшно) , потом печь партию пластин (ещё полсотни тонн для ПЗС и опять же до фига для КМОП) , если ЗАРАНЕЕ нет никакой уверенности, что всё это должно работать. И можно только догадываться, какой объём моделирования, к примеру, в автомобиле- или самолётостроении.
Сколько угодно.. . Метеорологические прогнозы строятся на основе компьютерного моделирования погоды на земле, моделирование структуры молекул белка позволяет проектировать новые лекарственные препараты. Создание любой сложной конструкции - будь то мост через реку или новый двигатель для автомобиля или корпус самолета - начинается с численного моделирования, которое дешевле, быстрее и надежнее проводить на компьютере.
Преимущества компьютерных моделей настолько велики, что компьютерное моделирование применяют практически везде: в дизайне интерьеров, разработке мебели, киноиндустрии, разработке компьютерных игр. В науке множество открытий сделаны именно с помощью предварительного моделирования. Более того, некоторые открытия были бы просто не возможны без помощи компьютеров. Например, расшифровка генетического кода.
Даже в быту. Если вы используете программу Калькулятор или табличный процессор для того, чтобы прикинуть стоимость предстоящего ремонта, спланировать семейный бюджет или рисуете в графическом редакторе выкройку нового платья - это тоже по сути моделирование с использованием компьютера.
Практически во всех науках о природе, живой и неживой, об обществе, построение и использование моделей является мощным орудием познания. Реальные объекты и процессы бывают столь многообразны и сложны, что лучшим способом их изучения часто является построение модели, отображающей лишь какую-то грань реальности и поэтому многократно более простой, чем эта реальность, и исследование вначале этой модели. Кроме того, в реальном времени оригинал (прототип объекта, процесса, явления) может уже не существовать. На основании известных фактов методом гипотез и аналогий можно построить модель событий или природных катаклизмов далекого прошлого (теории вымирания динозавров или гибели Атлантиды, теоретическая модель “ядерной войны” и т.д.).
! Модель – упрощенное представление о реальном объекте, процессе или явлении.
Моделирование – построение моделей для исследования и изучения объектов, процессов, явлений.
В моделировании есть два заметно разных пути. Модель может быть похожей копией объекта, выполненной их другого материала, в другом масштабе, с отсутствием ряда деталей (игрушечный кораблик, домик их кубиков, макеты исторических памятников и т.д.). Модель может, однако, отображать реальность более абстрактно-словесным описанием в свободной форме, описанием, формализованным по каким-либо правилам, математическими соотношениями и т.д.
На сегодняшний день еще не существует общепринятая точка зрения на классификацию абстрактных моделей. Однако необходимость разложить по “полочкам” все многообразие используемых моделей приводит к таким, например, способам классификации объектов, как:
- область использования;
- учет в модели реального фактора (динамики);
- отрасль знаний;
- способ представления моделей.
КЛАССИФИКАЦИЯ МОДЕЛЕЙ И ПРОЦЕССОВ
Классификация по области использования
Если рассматривать модели с позиций для чего, с какой целью они используются, то можно применить следующую классификацию:
- Учебные модели. Это могут быть наглядные пособия, различные тренажеры, обучающие программы.
- Опытные модели – это уменьшенные или увеличенные копии проектируемого объекта (натурные модели). Используются для исследования объекта и прогнозирования его будущих характеристик (модели конструируемых зданий, кораблей, гидроэлектростанций и.т.д.).
- Научно-технические моделииспользуют для исследования процессов и явлений (синхротрон – ускоритель электронов, стенд для проверки телевизоров и т.д.).
- Игровые модели– это военные, экономические, спортивные, деловые игры. Они прогнозируют поведение объекта в различных ситуациях, позволяют оказывать психологическую помощь, разрешать конфликтные ситуации.
- Имитационные моделине просто отражают реальность с определенной точностью, но и имитируют ее. Эксперимент либо многократно повторяется, чтобы изучить последствия каких-либо действий на реальную обстановку, либо проводится одновременно со многими другими похожими объектами. Это метод проб и ошибок. Например, опыты на мышах по испытанию новых лекарств, эксперименты в обычных школах по введению новых предметов в учебную программу.
Классификация с учетом фактора времени и области использования
С учетом фактора времени модели можно разделить на:
- статические модели– это как бы одномоментный срез информации по объекту. Например, медицинское обследование учащихся школы дает картину состояния их здоровья на данный момент.
- Динамические модели – позволяют увидеть изменения объекта во времени (карточка здоровья ребенка в поликлинике, расчет сейсмических колебаний и других факторов при строительстве зданий и т.д.).
По области использованиямодели классифицируются на: биологические, исторические, физические и.т.д.).
Классификация по способу представления
По способу представления все многообразие моделей делится на два группы: материальные и информационные.
Материальные модели иначе можно назвать предметными, физическими. Они воспроизводят геометрические и физические свойства оригинала и всегда имеют реальное воплощение. Например, это – детские игрушки, чучела животных, географические карты, астрономические карты, макет ракеты, школьные физические и химические опыты. Подобные модели реализуют материальный подход к изучению объекта, процесса, явления.
Информационная модель не имеет материального воплощения, стоятся на информации. В основе этого метода моделирования лежит информационный подход к изучению окружающей действительности.
! Информационная модель – совокупность информации, характеризующая свойства и состояния объекта, процесса, явления, а также взаимосвязь с внешним миром.
В свою очередь информационные модели имеют следующую структуру:
- знаковые
- компьютерные
- некомпьютерные
- вербальные
! Вербальная модель – информационная модель в мысленной или разговорной форме.
Вербальные модели возникают в результате раздумий, умозаключений. Они могут так и остаться мысленными или быть выражены словесно. Например, модель безопасного поведения человека на дороге, идея изобретателя, музыкальная тема в голове композитора, рифма в сознании поэта.
! Знаковая модель – информационная модель, выраженная специальными знаками, т.е. средствами любого формального языка.
Знаковые модели окружают нас повсюду. Рисунки, тексты, графики, схемы . Вербальные и знаковые модели, как правило, взаимосвязаны.
По форме представления можно выделить следующие виды информационных моделей:
- геометрические – 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.д.;
- 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.
Компьютерные и некомпьютерные модели
Если модель выражена в абстрактной, умозрительной форме, то нужны некоторые знаковые системы, позволяющие описать ее ,- специальные языки, чертежи, схемы, таблицы, алгоритмы, математические формулы и т.д. Здесь могут быть использованы два варианта инструментария: либо традиционный инструмент (линейка, карандаш и т.п.), либо более совершенный инструмент – компьютер.
Значит по способу реализации информационные знаковые модели делятся на компьютерные и некомпьютерные модели.
! Компьютерная модель – модель, реализованная средствами программной среды.
Компьютер работает с информацией. Поэтому следует исходить из того, какую информацию и в каком виде может воспринимать и обрабатывать компьютер (звук, видеоизображения, анимация, текст, таблицы и т.д.). Но для использования всего многообразия информации необходимо как техническое (Hardware), так и программное (Software) обеспечение. И то и другое – инструменты компьютерного моделирования.
Информационные компьютерные модели строятся на основе следующих технологий:
Какие примеры информационных моделей можно привести для образовательных учреждений? Как педагоги могут использовать их в своей работе? Попробуем вместе найти ответы на поставленные вопросы.
Математические модели
Они считаются широким классом знаковых моделей. Основываются математические модели на использовании соотношений, сравнений, иных методах, применяемых в данной науке. Приводя примеры информационных моделей, основанных на математических методах, можно упомянуть решение квадратных уравнений, составление пропорций. Все разделы геометрии, предполагающие вывод и доказательство теорем, также связаны с построением математической модели. Не обходится без них и такой школьный предмет как экономика.
Классификация задач
При этом делятся данные задачи на две группы. Речь идет о прямых и обратных. Что касается последних, то подобные формулировки ставят перед разработчиком вопросы типа: “Как увеличить эффективность до максимума?” или “Какое же действие полностью удовлетворит имеющееся условие?” Если говорится о прямых, то такие задачи ставят перед человеком вопросы о том, что будет, если разработчик поступит так или иначе. Нужно заметить: любая прямая формулировка имеет исходные данные, а также ставит конкретные условия.
Информационная модель
Далее рассмотрим информационную модель в информатике. Ее проектирование изучается в школе. Преподается как базовый тип.
Следует заметить, что с этим видом моделирования нужно ознакомиться любому человеку, который видит свое будущее в IT-сфере. Как правило, все информационные модели создаются при помощи компьютерной техники. Причем речь идет не только конкретно о проектировании каких-то диаграмм, но используются еще и таблицы, рисунки, чертежи, схемы и так далее.
В целом информационная модель представляет собой свойства того объекта, который мы отображаем, максимально описывая его состояние, а также то, насколько он связан с окружающим миром, отношение к другим внешним предметам и влияние на них. Следует отметить, что информационной моделью может служить обычный текст, рисунок, словесное описание, чертеж, формула и так далее.
Такой вид отличается от других вышеперечисленных тем, что он является данными. То есть модель не имеет материального воплощения, так как считается примитивным комплексом информации, представленной в разном виде.
Цели моделирования
Рассматривая, что такое модель в информатике, необходимо также сказать и о целях ее создания.
Моделирование - довольно важный этап, так как он позволяет осуществить большое количество задач. Именно об этом мы далее и поговорим.
Для начала, моделирование позволит человеку больше узнать о том, что его окружает. Если говорить в обширном смысле, то в самой древности люди собирали какие-то данные, информацию, факты и передавали из поколения в поколение. Примером можно назвать модель нашего мира, которая называется “глобус”. В прошлые века, как правило, моделирование было построено на несуществующих объектах, с трудом познаваемыми человеком, которые на данный момент уже имеют свою реализацию в качестве материального предмета. Большинство из них прочно закрепились в нашей жизни. Речь может идти о зонтах, мельницах и так далее.
На данный момент модели систем информатики касаются путей достижения максимального эффекта от принимаемых решений, а также обращают внимание на последствия какого-либо процесса или же действия. Если говорить о последнем подпункте, то в пример можно привести модель, которая выясняет, какие последствия будут в результате повышения стоимости проезда либо после утилизации каких-либо отходов под землей.
Системный подход к созданию модели
Классификацию моделей в информатике мы уже рассмотрели, теперь следует сказать о том, какой подход следует использовать, чтобы составить идеальную схему.
Необходимо понять, что такое система. Это комплекс элементов, которые взаимодействуют между собой, а также работают вместе для того, чтобы выполнить определенную задачу. Построение модели связано с использованием системного подхода. Объектом будет считаться любой комплекс, который функционирует в качестве единого в специальной среде. Иногда бывает так, что проект довольно сложный, поэтому систему делят на две части.
Информационные модели
Они считаются классом знаковых моделей, которые описывают любые информационные процессы: появление, передачу, изменение, применение информации в разных системах. Примеры табличных информационных моделей в школе можно найти в курсе географии 10 класса. При изучении экономической географии табличная модель помогает наглядно видеть основные характеристики страны, использовать материал для составления полного рассказа.
Кроме того примеры табличных информационных моделей можно найти в любом школьном курсе. В химии это таблица растворимости соединений, а также периодическая система Менделеева. В физике без таблиц учителю сложно объяснить основные термины, изучаемые в теме «Электричество». В истории с их помощью осуществляется систематизация знаний, ребята вписывают в один столбик важные исторические даты, а в другом - описывают события, которые им соответствуют.
Способ представления
Подытоживая все вышесказанное о моделях данных в информатике, необходимо разузнать, как же представляется созданная запись.
Она бывает материальная и нематериальная. К первому виду нужно отнести все копии, которые были сняты с существующих объектов. Таким образом, их можно взять в руки, потрогать, понюхать и так далее. Они даже способны имитировать какие-либо свойства оригинального объекта, а также его действия. Данные материальные модели являются опытным методом проектирования.
К нематериальным относятся те, которые работают на теории. Они идеальные либо же абстрактные. Эта категория также имеет несколько типов. Речь идет об информационных, а еще воображаемых вариантах. Первый представляет собой перечень данных, который касается определенного объекта. Таковыми можно назвать таблицы, рисунки, схемы и так далее.
Однако многих их интересует, почему же данная модель класса информатики считается нематериальной. Текст хоть и напечатан, таблица составлена, но его потрогать нельзя. Именно поэтому данная модель является абстрактной. К слову, среди информационных вариантов записи имеются наглядные примеры.
К воображаемой модели относят то, что называется творческим процессом, то есть все происходящее в сознании человека. Это побуждает его создать на основе данной схемы оригинальный объект.
Содержание учебных предметов, особенно естественнонаучного цикла и математики, можно рассматривать как педагогическую проекцию основ соответствующих наук.Всякая же наука представляет собой единство системы развивающегося знания и деятельности, направленной на достижение этих знаний. Эта деятельность есть процесс разработки идей и методов получения новых знаний. Поэтому любая наука — это не только система добытых ею знаний, фактов, теорий, но и совокупность идей и методов.
Изучить основы науки — значит не только усвоить некоторые ее факты и закономерности, теории, но и овладеть ее идеями и методами, притом последнее даже важнее для общего образования, чем первое. Ведь большая часть знаний, усвоенных учениками в школе, потом – после школы – будет ими забыта. И это нормально. А вот идеи и методы, которыми овладеют учащиеся в процессе обучения, никогда не забываются (хотя это может и не осоанаваться), ибо без них невозможно самообучение и самосовершенствование, которыми приходится в современных условиях заниматься каждому разумному выпускнику школы; это с их помощью решаются все задачи и проблемы, ежедневно возникающие перед каждым человеком.
Одним из основных методов науки является моделирование. «Наука – пишет академик Н. Н. Моисеев, – только и может иметь дело с моделями, с приближенным описанием действительности, отражающими те или иные стороны реальной действительности» (Моисеев Н. Н. Математические модели экономической науки. М., 1973. С. 5).
Моделирование является важнейшим методом научного познания. Метод моделирования используется любой наукой, на всех этапах научного исследования реальных явлений и процессов. Он обладает огромной эвристической силой, ибо с его помощью удается свести изучение сложного к простому, невидимого и неощутимого к видимому и ощутимому, незнакомого к знакомому, т. е. сделать любой, какой угодно сложный объект доступным для тщательного и всестороннего изучения.
Возьмем, к примеру, математику.
Все математические понятия, такие, как число, функция, уравнение, геометрическая фигура и другие, представляют собой особые модели количественных отношений и пространственных форм окружающего мира. Эти модели математика сконструировала в процессе своего многовекового исторического развития. Но и в настоящее время продолжается конструирование математических моделей, и любое творчество в математике связано с созданием новых моделей. Для изучения и использования построенных моделей в математике разработаны такие особые приемы и способы, как методы решения уравнений, исследования функций, измерения величин и т. д. Все эти методы составляют аппарат математики.
Аналогичную картину можно увидеть и в других науках. Так, в школьном курсе физики изучаются понятия равномерного и равноускоренного движения, массы и силы тяжести, рассматриваются материальные точки, абсолютно твердые тела и т. п. Все эти понятия и объекты представляют собой физические модели реальных объектов и явлений. В физике также изучаются и методы исследования и использования этих моделей.
Однако учащиеся, изучающие математику, физику и другие науки, как правило, ясно не осознают, что они все время имеют дело с моделями. Результаты массовых обследований показывают, что наши учащиеся имеют весьма смутные и ограниченные представления о моделировании и моделях.
Между тем, как показывают результаты психологических исследований, явное знакомство учащихся с модельным характером науки, с понятиями моделирования и модели не только способствует формированию у них правильного научного мировоззрения, не только обогащает их методологический аппарат, но и существенно меняет отношение школьников к учебным предметам, к учению, делает их учебную деятельность более осмысленной и продуктивной.
Прежде чем рассматривать вопрос об использовании моделирования в обучении, рассмотрим кратко вопрос об использовании моделирования в науке.
Когда ученый, изучая какое-то явление, создает его модель, то дальнейшее изучение этого явления производится уже на созданной модели. Исследовав модель, найдя ее свойства и закономерности, получив из них логические следствия, ученый проверяет на практике (в опыте, эксперименте) наличие у изучаемого явления этих следствий. Если практика (опыт) подверждает наличие этих следствий, то это означает, что построенная модель достаточно точная, правильная и ею можно пользоваться для дальнейших исследований и для практики. Если же некоторые следствия не подтверждаются на практике, то это означает, что модель недостаточно точная, не совсем верная. Тогда ученые корректируют, уточняют модель или же заменяют ее другой.
Таким образом, процесс научного познания проходят по формуле, указанной еще древнегреческим философом Эвдемом: «Происходит надлежащий переход от чувственного восприятия к мысленному созерцанию и от последнего –к разумному познанию».
В науке модели используются для изучения любых объектов, явлений и процессов, для решения самых разных научных и практических задач, для получения новой информации об изучаемом объекте. Поэтому модель обычно определяется как некий объект (система), исследование которого служит средством для получения новых знаний о другом объекте (оригинале). Моделями в этом смысле являются географическая карта, уравнение пути равномерного или равноускоренного движения и т. д., и т. п. В науке используются и материальные модели. Так, И. П. Павлов для изучения и физиологических закономерностей человека использовал собаку, которая в этом случае служила моделью человеческого организма. Или: для того, чтобы установить, как будет вести себя проектируемый самолет в воздухе, строят уменьшенную копию — модель самолета — и продувают ее в аэродинамической трубе.
Между моделью и моделируемым объектом (оригиналом) имеется определенное отношение — модельное отношение,показывающее, в каком смысле модель и оригинал подобны, аналогичны друг другу. При этом модель всегда отлична от оригинала, но так как она аналогична (подобна) ему, то можно предполагать, что обнаруженные в модели свойства присущи и оригиналу.
В настоящее время модели используются не только в науке, но и в технике, производстве, даже в быту. Поэтому можно говорить о модели в широком смысле,которую можно определить следующим образом.
Моделью некоторого объекта А (оригинала) называется объект В, отличный от Л, но в каком-то отношении подобный (аналогичный) А, выбранный или построенный субъектом С по крайней мере для одной из следующих целей.
1) Замена А в некотором мысленном (воображаемом) или реальном
действии (процессе), исходя из того, что объект В более удобен, чем
А, для этого действия в данных условиях (модель-заместитель).
2) Создание представления обобъекте А (реально существующим
или воображаемом) с помощьюобъекта В (модель-представление).
3) Истолкование (интерпретация) объекта А в виде объекта В(модель-интерпретация).
4) Исследование (изучение)
свойств и закономерностей объекта А посредством изучения свойств и
закономерностей объекта В (модель исследовательская).
В обучении используются как раз модели в широком смысле для многих различных целей. Так, например, для решения задачи обычно строят уравнение — модель интерпретации этой задачи. Но эта модель служит и моделью-заместителем, ибо уравнение замещает исходную задачу в процессе ее решения.
Указанные виды моделей имеют ряд подвидов.
Модели-заместители и исследовательские модели могут быть материальнымии идеальными.Материальные, в свою очередь, делятся на статическиеи динамические(действующие). Статическими моделями в обучении являются модели геометрических тел, пространственные модели молекул и кристаллов в химии и т. п.
Динамические модели используются в физике, химии, в трудовом обучении для воспроизводства или имитирования изучаемых явлений или процессов.
Идеальные модели делят обычно на три вида: образныеили икониче-ские, знаковые(знаково-символиче-ские) и мысленные(умственные, воображаемые).
K образным (иконическим) моделям можно отнести широко используемые в обучении разного рода рисунки, фотографии, схемы, географические карты, планы местности, модель атома в физике, структурные формулы в химии и т. д. Примерами знаковых моделей являются разные уравнения в математике и физике, химические формулы и т. д. Мысленные модели—это представления о каком-то явлении или процессе в форме описания на естественном языке.
Модели-представления и модели-интепретации, как правило, являются идеальными моделями.
Моделирование — это деятельность по построению и изучению моделей для указанных целей. И, как всякая деятельность, оно имеет внешнее содержание и внутреннюю психическую сущность. Поэтому моделирование органично включено в такие психические процессы, как восприятие, память, мышление, воображение. Мы запоминаем, мыслим, воображаем не только образы ранее воспринятых органами чувств объектов, но и модели (зачастую весьма обобщенные и абстрактные) этих реальных или воображаемых объектов.
Рассматривая моделирование с психологической точки зрения, мы должны иначе, чем в теории познания, рассматривать модельное отношение. Там это отношение рассматривается как бинарное,в которое входят оригинал и его модель, и интересуются лишь логическим характером этого отношения. При рассмотрении же моделирования в широком смысле модельное отношение нужно считать тернарнымили даже квартернионным,когда наряду с моделируемым объектом и его моделью рассматривается еще и субъект, который конструирует или выбирает модель, и та цель, ради которой он это делает. Тем самым вопрос об объективной логической сущности модельного отношения на этом уровне рассмотрения просто отпадает: субъект, который выбрал или построил модель оригинала для определенной цели, очевидно, считает, что выбранный или построенный в качестве модели объект пригоден для этой цели и, следовательно, он подобен в нужном отношении оригиналу, обладает тем свойством, которое делает его пригодным для указанной цели. Обладает ли этот объект-модель фактически подобием оригиналу, субъекту может быть и неизвестно. Это выявляется лишь косвенно после использования модели 1 .
Модели и моделирование в обучении могут использоваться для следующих дидактическихцелей.
1.Для ознакомления учащихся с модельным характером наукисле
дует всякий раз, приступая к изучению какого-то явления или процес
са, рассказывать, ак с помощью построения моделей этого явления
или процесса, были изучены их свойства и особенности, какие из
этих моделей являются наиболее дачными и почему. При этом уже средних классах можно дать учащимся первое упрощенное определение модели, рассказать о модельном характере научного изучения еальных явлений. В последующем пределение модели следует уточнить и каждый раз, изучая то или ное понятие, подчеркивать его модельный характер.
2. Однако всего этого недостаточно для того, чтобы учащиеся
овладели методом моделирования.
Нужно, чтобы они сами строили модели, использовали моделирование для разных целей и чтобы при этом они явно знали, осознавали, что они строят модели и используют моделирование. Так, например, строя по условиям задачи ее краткую схематическую запись, они должны знать, что это модель задачи, а не просто ее запись, а уравнение, полученное по условию задачи, есть другая модель той же задачи. Первая модель — это модель-заместитель задачи, а вторая — модель-интерпретация задачи.
3.Модели и моделирование могут использоваться в качестве эффективных средств наглядности.Ведь любая модель в той или иной степени обладает свойством наглядности для того, кто разработал эту модель, и, для тех, кто понимает, что она является моделью определенного объекта. Любая модель наглядна потому, что она есть чувственно воспринимаемое воплощение психического образа моделируемого объекта. Ведь разработчик модели предварительно создал у себя наглядный психический образ оригинала и воплотил этот образ в виде материальной или идеальной модели (иконической, знаковой, словесного описания мысленного образа). Поэтому для него эта модель, в любом ее виде, вполне наглядна. Но эта модель наглядна и для любого другого человека, который понял сущность данной модели и тем самым как бы стал ее создателем.
Однако следует иметь в виду, что наглядность модели отличается отнаглядности обычных объектов (реальных или воображаемых). Когда мы чувственно воспринимаем какой-то материальный предмет, скажем, стол, или реальное явление, скажем, дождь, снег, или воображаем этот стол или дождь, то у нас возникает образ именно этого стола, картина данного дождя в их конкретности со всеми их особенностями.
Когда же мы воспринимаем модель, созданную нами или не нами, но нами понятую, усвоенную, то унас возникает наглядный обобщенный образ существенных свойств моделируемого объекта, отраженных в модели. Все остальные свойства, несущественные в данном случае, в модели отсутствуют, они были отброшены при моделировании.
Следовательно, модели дают возможность создания у учащихся таких наглядных образов изучаемых объектов, которые выражают самые существенные свойства этих объектов, их внутреннюю структуру, их сущность. Чем менее материальна модель, тем более значимые свойства оригинала она отражает. Конечно, такой наглядный образ создается лишь у тех учащихся, которые поняли данную модель.
4. Модели и моделирование могут использоваться как средство запоминания учебного материала. Для этого следует строить схемы изученного учебного материала, при этом целесообразно, чтобы эти схемы строили сами учащиеся ин-
дивидуально, а еще лучше бригадами. Затем построение модели-схемы -обсуждаются на заключительном уроке соответствующей темы.
5. Модели-схемы содержания учебной темы могут использоваться и для введения учащихся в эту тему, как это делал В. Ф. Шаталов в виде «листа опорных сигналов». Однако эти схемы не должны быть слишком сложными, не должны быть похожи на ребусы, а должны быть ясными и понятными учащимся.
Всегда, когда нужно познакомить учащихся с каким-либо абстрактным понятием или с отношением между реальными объектами, целесообразно использовать модель, конкретизирующую это понятие или отношение, тем самым материализовать в виде предметной или знаковой модели это понятие или отношение. Ведь иначе учащиеся не смогут оперировать этими понятиями и отношениями.
Таким образом, мы видим, что моделирование в обучении может использоваться в явном виде, с применением при этом термина «модель» и «моделирование», во-первых, для того, чтобы учащиеся овладели методом моделирования как важнейшим методом познания, а во-вторых, как учебным средством для многих дидактических целей.
Текстовые идеальные модели
Вербальные модели применяют преподаватели гуманитарного цикла. Они помогают описывать последовательными предложениями определенную область, явление, объект, событие. Как будет выглядеть такая информационная модель урока? Пример возьмем из курса литературы. При изучении романа Л. Н. Толстого «Война и мир», учитель описывает образ Наташи Ростовой. Для этого он пользуется именно текстовой моделью. Ребята, слушая педагога, создают на основе его восприятия образа этой героини, свой образ героини Толстого.
Если учитель истории просит своих воспитанников: «Приведите примеры образной информационной модели событий, произошедших во время Куликовской битвы, основываясь на просмотренных фрагментах», ребята создают свой образ того сражения. Они передают его в виде связанных в рассказ предложений.
Можно привести примеры информационных моделей вербального вида и из курса физики. При изучении темы «Давление твердых тел» в седьмом классе, учитель рассказывает детям, как сложно передвигаться по рыхлому снегу без лыж. Затем школьникам предлагается объяснить причину подобного явления, выявить параметры, от которых зависит изучаемая физическая величина. Образ, который возникает в сознание ребят после рассказа педагога, помогает им ответить на поставленный вопрос.
В качестве примеров подобной модели можно отметить учебник, правила дорожного движения.
Заключение
Любая информационная модель представляет собой совокупность информации об явлении, объекте, процессе. С ее помощью можно охарактеризовать любой процесс, происходящий в живой и неживой природе. Разнообразные графики, карты, таблицы, диаграммы, которые активно применяются педагогами на всех ступенях обучения, дают свой положительный результат.
Интуитивное (мысленное) моделирование способствует созданию первого впечатления о процессе, происходящем в химии или биологии. Благодаря совокупности всех вариантов информационных моделей, у подрастающего поколения нашей страны формируется адекватная оценка единства живого и неживого мира. Выпускники школ могут самостоятельно выстраивать любые модели, использовать их для изучения, анализа, оценки событий и явлений.
В описываемой статье мы разберем подробно, что такое модель в информатике. Рассмотрим виды, а также способы проектирования. В данном разделе имеется множество полезных знаний, которые позволят будущим специалистам в сфере информационных технологий работать без каких-либо усилий. Для того чтобы решить любую задачу, причем неважно, научную или производственную, следует придерживаться цепочки: объект, модель, алгоритм, программа, результат, реализация. Нужно обратить внимание на второй пункт. Если этого звена не будет, то и сама проектировка не подлежит исполнению. Для чего же используется модель, и что под этим словом подразумевается? Далее раскроем этот вопрос.
Модель
Что такое модель в информатике? Благодаря ей можно составить образ какого-либо объекта, который реально существует. Также при необходимости можно отобразить все его свойства и признаки.
Для того чтобы решить какую-то задачу, следует сделать ее модель, ведь именно она и будет использоваться при дальнейшем проектировании. В школьном курсе информатики данные понятия вводятся уже в шестом классе. Однако в самом начале учат детей лишь пониманию, что же это такое.
Деятельностный подход
Полноценные модели можно получать при использовании системного подхода. Это особенно актуально в рамках образовательных учреждений. Преобразования, которые коснулись школ в последние годы, позволили установить логическую связь между отдельными дисциплинами.
Такой деятельностный вариант обучения способствует формированию гармонически развитой личности, понимающей единство живого мира, взаимосвязь отдельных процессов и явлений.
Если учителя просят: «Приведите пример информационной модели», он смело может выбирать любой учебный предмет. Нет такой дисциплины, в которой бы не применялись таблицы, графики, диаграммы, презентации.
Задачи моделирования
Особенности современной школы
Новые стандарты, которые были введены в российские школы, предполагают рассмотрение одного явления с разных точек зрения. Например, из курса физики ребята узнают о том, что электроны необходимы для протекания в металлах электрического тока. Они получают информацию о заряде этой отрицательной частицы, определении их количества у разных металлов. На уроках химии школьникам рассказывают о вероятности размещения электронов на энергетических уровнях.
При изучении темы «Окислительно-восстановительные реакции» у школьников появляется информация о том, что происходит с этими отрицательными частицами при химическом взаимодействии. Несмотря на то что информация предоставляется с разных позиций, речь идет об одном объекте – электронах. Подобный системный подход позволяет формировать в сознании школьников полное представление о строении вещества, его превращениях.
В приведенном примере изучаемый объект рассматривается как полная система, составная часть единого целого (вещества). В зависимости от учебной дисциплины используют определенные характеристики, дополнения. В случае системного подхода на первое место выходят не причинные пояснения существования объекта, а необходимость включения с него иных составных частей.
Особое значение формирование универсальных моделей приобретает при экспериментальной деятельности. Используя персональный компьютер, можно провести вычисления параметров, которые будут связаны с анализируемым объектом.
Такое моделирование важно для научного познания природных явлений. В школьном курсе информатики такие действия именуют вычислительным экспериментом, который базируется на трех важных понятиях: модели, алгоритме, программе.
Использование в рамках школы персонального компьютера возможно по трем основным вариантам:
- проведение с помощью ПК прямых расчетов;
- создание базы данных, превращение ее в программу либо определенный алгоритм;
- поддержание между компьютером и школьником интерфейса.
Разновидности
Можно привести примеры информационных моделей материального и идеального вида.
Натурные варианты базируются на объективном примере, они существуют независимо от человека, его сознания. В настоящее время их подразделяют на физические и аналоговые варианты, которые основываются на явлениях, связанных с изучаемым предметом.
Идеальные модели связаны с мышлением человека, его восприятием, воображением. Среди них можно отметить интуитивные, которые не подходят ни под один вариант классификации.
Приводя примеры образной информационной модели, можно упомянуть одну из таких моделей. Рассмотрим подробнее их классификацию.
Вербальная модель
Также необходимо рассказать о видах моделей в информатике. Рассмотрим первую: вербальную. Такой метод моделирования позволяет работать с идеальными или абстрактными вопросами. Следует заметить, что в науке считаются двумя основными видами математический и информационный. Хоть и вербальный на данный момент не сильно распространен, однако он используется. Под ним подразумевают, что все задачи, цели и так далее описываются с помощью букв и связанных предложений. К таковым моделям можно отнести обычную художественную литературу, составленный протокол, какие-либо правила, информацию, описание предмета, явления и так далее.
Разновидности моделей
В зависимости от области знаний, для которых составляется модель, в настоящее время выделяют экономические, биологические, социологические, химические виды. К примеру, для естественнонаучного цикла важно сформировать такую модель, которая бы позволяла объяснять явления, происходящие в живой и неживой природе. В социологии акцент делают на процессы, происходящие в социуме.
По временному фактору выделяют статические и динамические варианты моделей. Статический вариант характеризует параметры и строение объекта, позволяет описывать выбранное явление (объект) в конкретный промежуток времени, помогает получать о нем достоверную и своевременную информацию.
У любой модели существует конкретная форма, вид, вариант представления, описание. В школе предполагается рассмотрение в большей степени материальных и нематериальных моделей, в зависимости от специфики учебной дисциплины.
Материальные модели предполагают реальное воплощение, они в полной мере повторяют внутреннее либо внешнее строение самого объекта. Например, в географии в качестве такой уменьшенной модели выступает макет земного шара (глобус), на котором нанесены все моря и океаны, материки и острова. Данные модели непосредственным образом связаны с исследовательским подходом к обучению современных школьников. Они необходимы при преподавании химии, физики, биологии, астрономии, географии.
Нематериальное моделирование предполагает использование теоретического способа познания.
Цель использования
Приведем примеры моделей в информатике, для того чтобы понять, какими целями руководствуются производители при создании записи.
Следует заметить, что есть такие виды, как учебные, имитационные, игровые и так далее. Рассмотрим их.
К учебным относятся все материалы, при помощи которых осуществляется обучение.
К опытным следует добавить модели уменьшенной копии, создаваемые на основе реальных объектов.
Имитационные могут служить информацией, которая позволит понять, что произойдет в результате какого-либо действия. К примеру, если человек проводит реформу, он должен составить такую модель. Это поможет приблизительно понять то, как люди отреагируют на новые изменения. Либо же, например, чтобы человеку сделать операцию по пересадке какого-либо органа, в самом начале исследований проводится большое количество опытов. Их также можно назвать имитационной моделью. Таким образом, она представляет собой систему проб и ошибок. Это позволяет принимать более оправданные решения.
Игровой моделью является система, которая ставит определенные объекты в какие-либо рамки. Это может быть экономическая, деловая или военная игра. Таким образом, человек способен понять поведение определенного объекта в нужной ему среде.
Научно-техническую следует использовать для того, чтобы изучить какое-либо явление и процесс, который трудно исследовать в обычной жизни. Это может быть создание прибора, имитирующий грозовой разряд, либо же модель движения, полностью копирующая солнечную систему.
Признаки моделей
Среди самых распространенных признаков, по которым можно провести классификацию всех моделей, выделим: цель применения, сферу знаний, временной фактор, вариант представления.
В зависимости от того, какая цель поставлена перед моделью, выделяют опытные, учебные, игровые, имитационные, научно-технические варианты моделей. Так, например, на начальной ступени школьного образования, наиболее применимыми и значимыми игровые технологии, позволяющие ребятам ощутить себя в роли учителя, врача, полицейского. Игровые модели у детей семи-восьми лет хорошо сформированы, поскольку в дошкольных образовательных учреждениях они применяются в качестве обязательного элемента при формировании личностных качеств ребенка.
Особенности моделирования
Прежде чем рассматривать примеры графических информационных моделей, выясним особенности моделирования. Модель представляет собой объект, созданный искусственно. Это необходимо для упрощения представления о настоящем объекте либо явлении. Модель в полной мере отражает все особенности самого исходного процесса. Если дано задание: «Приведите пример информационной модели», необходимо понимать суть процесса.
Речь идет о построении модели, которая предназначена для изучения информационных явлений, процессов. В информатике в качестве такого предмета можно рассматривать программирование. Используя определенный математический язык программирования, можно представить текстовый материал в графическом виде.
Моделирование предполагает построение той модели, которая предназначена для исследования и изучения исходного объекта, явления, процесса. Созданная копия лишь наделена теми качествами и свойствами, которые характерны для исходного предмета, но допускает некоторые отклонения от идеала.
Взаимосвязь моделей
Между информационными, математическими, вербальными моделями существует условная грань. Все 3 примера информационных моделей встречаются в школьных дисциплинах. Так, для математики, физики, информатики, самыми востребованными считают математические и информационные варианты. Но без вербальной модели ребята не смогут объяснить явления, алгоритмы, уравнения и неравенства.
Математическая модель
Математическая модель - это в информатике один из главных видов проектирования. Она еще известна, как алгоритмическая. Следует заметить, что между математическим и информационным видами граница максимально условная. Об этом уже говорилось ранее.
Если не задаваться сложными терминами, а попытаться объяснить простым языком, то описываемая модель необходима для того, чтобы решить любую задачу или достигнуть цель при помощи математической точки зрения. Следует заметить, что каждый человек в реальной жизни занимается постоянно проектированием такой модели. Допустим, обычная бытовая задача, например, купить что-то в магазине, требует составления таковой. Человек знает, сколько стоят продукты. Необходимо посчитать, какая сумма в итоге нужна для осуществления покупки, сложив все данные. Это является обычным примером математической модели.
Классификация
Описываемым термином можно назвать описание какого-либо процесса, его изображение, схему, уменьшенную копию реального объекта и так далее. Учитывая все вышеперечисленное, следует сказать, что модель - довольно широкое понятие. Его можно разделить на группы: материальное, идеальное.
Под первым типом понимают комплекс данных, который представляет собой реальный объект. Это может быть либо тело, либо процесс и так далее. Данная группа делится еще на два типа: физические, аналоговые. Эта классификация полностью условная, так как между указанными двумя подвидами нет никакой четкой черты.
Идеальную модель охарактеризовать еще труднее, потому что она связана полностью с воображением человека, его восприятием мира. К ней также можно отнести и любое произведение искусства, в том числе картины, прозу, спектакли и так далее.
Что такое модель
Что такое знаковые информационные модели? Примеры их используют в своей работе все учителя, которые владеют современными информационными технологиями. В общем виде модель - это разные способы представления анализируемой реальности.
Читайте также: