Информационное моделирование и системология.

Бочкова Лилия Газизовна - учитель информатики, информатики МОБУ СОШ №94

Тема урока: Информационное моделирование и системология.

Цель урока:

1. Помочь учащимся осознать практическую значимость изучаемой темы.

2. Обеспечить условия для формирования следующих понятий:

• модель;

• моделирование;

• системология;

• система;

• структура.

3. Обеспечить развитие умений классифицировать предложенные модели.

4. Воспитывать интерес к творческой и исследовательской работе.

Тип урока: урок изучения и первичного закрепления нового материала.

Учебник: Семакин И.Г., Хеннер Е.К. Информатика. 10-й класс.

Этапы урока:

1. Организационный этап.

2. Этап актуализации деятельности учащихся.

3. Этап изучения и первичной проверки понятий:

• модель, моделирование;

• компьютерная информационная модель;

• система и структура;

• система и подсистема;

• о системах в науке.

4. Этап закрепления изученного.

5. Этап информации о домашнем задании.

6. Этап подведения итогов, рефлексии.

Ход урока

1. Организационный этап

- приветствие

2. Актуализация деятельности учащихся

- объявление плана урока;

- постановка проблемы: практическая необходимость использования моделей, моделирования.

3. Объяснение нового материала

Данный урок проходит в форме беседы учителя с учениками, сопровождающейся демонстрацией презентации, подготовленной в Power Point.

Рассмотрим пример из жизни. В 1870 г. английское Адмиралтейство спустило
на воду новый броненосец «Кэптен». Корабль вышел в море и перевернулся. Погиб
корабль, погибли 523 человека. Это было совершенно неожиданно для всех. Для всех, кроме одного человека. Им был английский ученый-кораблестроитель В. Рид, который предварительно провел исследования на модели броненосца и установил, что корабль опрокинется даже при небольшом волнении. Но ученому, проделывающему какие-то «несерьёзные» опыты с «игрушкой», не поверили лорды из Адмиралтейства. И случилось непоправимое.

С различными моделями мы сталкиваемся еще в раннем детстве: автомобиль, плюшевый медвежонок, кукла, самолет или кораблик для многих были любимыми игрушками. Дети часто моделируют (играют в кубики, обыкновенная палка им заменяет коня и т. д.). Модели и моделирование используются человечеством давно. По сути, именно модели и модельные отношения обусловили появление разговорных языков, письменности, графики. Наскальные изображения наших предков, затем картины и книги — это модельные, информационные формы передачи знаний об окружающем мире последующим поколениям.

Попробуем разобраться в том, что такое модель.

Модель является представлением объекта в некоторой форме, отличной от формы его реального существования. Практически во всех науках о природе (живой и неживой) и обществе построение и использование моделей являются мощным орудием познания. Реальные объекты и процессы бывают столь многогранны и сложны, что лучшим способом их изучения является такой: построить модель, отображающую лишь какую-то грань реальности и потому несравнимо более простую, чем эта реальность, и исследовать сначала эту модель. Модель — неоценимый и бесспорный помощник инженеров и ученых.

(Приведем несколько примеров, поясняющих, что такое модель.)

Для того чтобы объяснить, как функционирует система кровообращения, учитель демонстрирует плакат со схемой, на которой стрелочками изображены направления движения крови. Это модель функционирования системы кровообращения.

На стене висит картина, изображающая яблоневый сад в цвету. Это модель яблоневого сада.

В перечисленных примерах имеет место сопоставление некоторого объекта с другим, его заменяющим: система кровообращения — схема на плакате; яблоневый сад — картина, его изображающая.

Итак, дадим следующее определение модели:

Модель – это объект-заменитель, который в определенных условиях может заменять объект оригинал. Модель воспроизводит некоторые интересующие нас свойства и характеристики оригинала.

Модели могут быть материальными и информационными. Материальные модели иначе можно назвать предметными или физическими. Они воспроизводят геометрические свойства оригинала и имеют реальное воплощение.

Примеры материальных моделей:

1. Детские игрушки (куклы – модель ребенка, мягкие игрушки-звери – модель живых зверей, машинки – модели реальных автомобилей и т.д.).

2. Глобус – модель планеты Земля.

3. Школьные пособия (скелет человека – модель реального скелета, модель атома кислорода и т.д.)

4. Физические и химические опыты.

Материальные модели реализуют материальный (потрогать, понюхать, увидеть, услышать) подход к изучению объекта, явления или процесса.

Информационные модели нельзя потрогать или увидеть, они не имеют материального воплощения, потому что строятся только на информации. Информационная модель – совокупность информации, характеризующая свойства и состояния объекта, процесса, явления, а также взаимосвязь с внешним миром.

Информационным моделированием занимается любая наука: физика создает физические модели объектов и процессов, химия создает химические модели, информатика занимается общими методами и средствами создания и использования информационных моделей. Один из видов моделирования – это проектирование домов.

Основным инструментом современной информатики является компьютер. Поэтому информационное моделирование в информатике – это компьютерное моделирование, применимое к различным предметным областям.

Этапы разработки компьютерной информационной модели:

- построение информационной модели начинается с системного анализа объекта моделирования (системное решение проблемы должно учитывать интересы всех сторон)

- полученное описание моделируемой системы переносится на компьютерные носители

- в итоге получается компьютерная информационная модель, которая будет использоваться по своему назначению.

Модель в стихах:

1. Вот на ветке лист кленовый,

Нынче он совсем как новый!

Весь румяный, золотой,

Ты куда листок? Постой!

Осенние листья желты и красны,

Простимся с корзинкой до новой весны.

Ответы учащихся. 

Информационная модель: осень

Моделируется настроение, поведение, описание.

2. Уронили мишку на пол,

Оторвали мишке лапу.

Все равно его не брошу,

Потому что он - хороший.

Ответы учащихся. 

Модель поведения.

3. В лесу родилась елочка,

в лесу она росла.

Зимой и летом стройная,

зеленая была.

Ответы учащихся. 

Модель – ель.

Объясните различие моделей бабочки с точки зрения биолога, художника, рыболова, фотографа, скульптора.

Ответы учащихся.

Системология – наука о системах. Познакомимся с основными понятиями системологии. Наш мир наполнен многообразием различных объектов. Нередко мы употребляем понятия «простой объект», «сложный объект». Сложный предмет состоит из множества простых. Например. Кирпич – это простой предмет, а здание, построенное из кирпичей – это сложный объект.

Система – это сложный объект из взаимосвязанных частей (элементов) и существующий как единое целое. Всякая система имеет определенное назначение (функцию, цель).

Вот куча кирпичей и дом, построенный из этих кирпичей. Кирпич – это не система, потому что в них нет единства и целесообразности. А жилой дом имеет конкретное назначение – в нем можно жить.

Всякая система определяется не только составом своих частей, но также порядком и способом объединения этих частей в единое целое. Все части системы находятся в определенных отношениях или связях друг с другом. Следующее важнейшее понятие системологии – понятие структуры. Структура – это совокупность связей между элементами системы. Можно ли сказать так: структура – это внутренняя организация системы? Да. Из тех же самых кирпичей и других деталей кроме жилого дома можно построить гараж, магазин. Все эти сооружения строятся из одних и тех же элементов, но имеют разную конструкцию в соответствии с назначением здания. Применяя язык системологии, можно сказать, что они различаются структурой. Всякая система обладает определенным элементным составом и структурой. Свойства системы зависят от того и от другого. Даже при одинаковом составе, системы с разной структурой обладают разными свойствами, могут иметь разное назначение. Пример. Графит и алмаз состоят из молекул одного и того же химического вещества – углерода. Но в алмазе молекулы углерода образуют кристаллическую структуру, а у графита совсем другая – слоистая. В результате алмаз – самое твердое в природе вещество, а графит – мягкий, из него делают грифели для карандашей. Если некоторые элементы объединить в систему, то она будет обладать новыми качествами, которыми не обладали ее составные части. Например: ни одна часть машины в отдельности не обладают способностью ездить, но собранный из них машина (система) – устройство, которой служит транспортным средством.

Появление нового качества у системы называется системным эффектом. Это же свойство выражается фразой: «Целое больше суммы своих частей».

Еще один пример. Самое поверхностное описание персонального компьютера такое: это система, элементами которой являются системный блок, клавиатура, монитор, принтер, мышь. Можно ли назвать их простыми элементами? Нет. Каждая из этих частей – это тоже система, состоящая из множества взаимосвязанных элементов. Систему, входящую в состав какой-то другой, более крупной системы, называют подсистемой.

Из данного определения следует, что системный блок является подсистемой персонального компьютера, а процессор – подсистемой системного блока. Чем глубже наука проникает в вещество, тем больше убеждается, что нет абсолютно простого объектов. Любой реальный объект бесконечно сложен. Описание его состава и структуры всегда носит модельный характер, то есть является приближенным. Степень подробности такого описания зависит от его назначения. Одна и та же часть системы в одних случаях может рассматриваться как ее простой элемент, в других – как подсистема, имеющая свой состав и структуру.

Основной смысл исследовательской работы ученого чаще всего заключается в поиске системы в предмете его исследования. Задача всякой науки – найти системные закономерности в тех объектах и процессах, которые она изучает.

В школьных предметах вам встречалось понятие системы:

1. В XVI веке Николай Коперник описал устройство Солнечной системы: Земля и другие планеты вращаются вокруг Солнца; связаны они в единое целое силами притяжения;

2. В XVIII веке шведский ученый Карл Линней написал книгу под названием «Системы природы». Он сделал первую удачную попытку классифицировать все известные виды животных и растений, а самое главное показал взаимосвязь – зависимость одних видов от других. Вся живая природа предстала как единая большая система.

3. Русский ученый Владимир Иванович Вернадский в 20-х годах ХХ века создал учение о биосфере он понимал систему, включающую в себя весь растительный и животный мир Земли, человечество, а также их среду обитания: атмосферу, поверхность Земли, мировой океан, разрабатываемые человеком недра (активная оболочка). Все подсистемы биосферы связаны между собой и зависят друг от друга.

Если человек хочет быть хорошим специалистом в своем деле, он обязательно должен обладать системным мышлением, к любой работе проявлять системный подход. Сущность системного подхода: необходимо учитывать все существенные системные связи того объекта, с которыми работаешь. Надо видеть в природе систему и прилагать усилия для того, чтобы не нарушать ее равновесия.

4. Практическая работа (Работа 14. Подготовка презентации на тему «Модели и системы») стр. 156 учебника

Используя MS Power Point подготовить презентацию по следующей теме:

Вариант 1. Тема: Модели.

Вариант 2. Тема: Основы системологии.

5. Домашнее задание: §§ 3.1 – 3.2. Составить в программе MS Power Point информационную модель – генеалогическое дерево семьи.

6. Подведение итогов. Рефлексия (Какие моменты урока были самыми запоминающимися? Хотели бы Вы принять участие в создании и исследовании какой-либо модели, если «да», то какой?)