1870-ben a brit Admiralitás vízre bocsátott egy új csatahajót, a Kapitányt. A hajó tengerre szállt és felborult. A hajó és az összes rajta lévő ember elpusztult. Ez mindenki számára teljesen váratlan volt, kivéve W. Reid angol hajóépítő tudóst, aki korábban egy tatu modelljén végzett kutatást, és megállapította, hogy a hajó enyhe hullámra is felborul. Ám az Admiralitás urai nem hittek a tudósnak, aki úgy tűnt, komolytalan kísérleteket végzett a „játékkal”. És valami rossz történt...

A modelleket és a modellezést az emberiség régóta használja. A modellek és a modellkapcsolatok segítségével fejlődött a beszélt nyelv, az írás, a grafika. Őseink sziklafaragványai, majd festményei és könyvei a környező világgal kapcsolatos ismeretek átadásának minta-, információs formái a következő generációknak. A tanulmányban modelleket alkalmaznak összetett jelenségek, folyamatok, új struktúrák tervezése. A jól megépített modell általában jobban hozzáférhető a kutatás számára, mint egy valódi tárgy. Ráadásul egyes tárgyakat egyáltalán nem lehet közvetlenül tanulmányozni: elfogadhatatlan például az ország gazdaságával oktatási célú kísérletezés; alapvetően kivitelezhetetlen kísérletek a múlttal vagy mondjuk a bolygókkal Naprendszer stb.

A modell lehetővé teszi, hogy megtanulja, hogyan kell helyesen dolgozni egy objektummal a modell különböző vezérlési opcióinak tesztelésével. Valós tárggyal ilyen célból kísérletezni legfeljebb kényelmetlen, és gyakran egyszerűen káros vagy akár lehetetlen is számos ok miatt (a kísérlet hosszú ideig tartó időtartama, a tárgy nemkívánatos és visszafordíthatatlan állapotba kerülésének kockázata stb.)

Modell- ez egy anyagi vagy mentálisan ábrázolt tárgy, amely a tanulmányozás során helyettesíti az eredeti tárgyat, és megtartja a jelentőségüket ez a tanulmány tipikus vonásait. A modell felépítésének folyamatát modellezésnek nevezzük.

Más szavakkal, modellezés az eredeti szerkezetének és tulajdonságainak tanulmányozása egy modell segítségével. Íme a modellek egyik lehetséges osztályozása.

Megkülönböztetni anyagés tökéletes modellezés. Az anyagmodellezést pedig a fizikaiés analóg modellezés.

Fizikai Modellezésnek szokás nevezni, amelyben egy valós tárgyat állítanak szembe a felnagyított vagy kicsinyített másolatával, amely lehetővé teszi a kutatást (általában laboratóriumi körülmények között) a vizsgált folyamatok és jelenségek tulajdonságainak utólagos átvitele segítségével. modellt objektumra a hasonlóság elmélete alapján. Példák az ilyen típusú modellekre: csillagászatban - planetárium, építészetben - épületmodellek, repülőgépgyártásban - modellek repülőgép stb.

Analóg szimuláció eltérő fizikai természetű, de formálisan (azonos matematikai egyenletekkel) leírt folyamatok és jelenségek analógiáján alapul.

Alapvetően különbözik a tárgymodellezéstől. tökéletes modellezés, amely nem a tárgy és a modell anyagi analógiáján, hanem az ideális, elképzelhető hasonlatán alapul. Az ideális modellezés fő típusa a jelmodellezés.

Ikonszerű modellezésnek nevezzük, amely modellként bármilyen jeltranszformációt használ: diagramok, grafikonok, rajzok, képletek, karakterkészletek.

A jelmodellezés legfontosabb típusa az matematikai modellezés, amelyben a tárgy tanulmányozása a matematika nyelvén megfogalmazott modell segítségével történik. A matematikai modellezés klasszikus példája a newtoni mechanika törvényeinek leírása és tanulmányozása matematikai eszközökkel.

Példa

Tekintse meg a következő bejegyzést, és próbálja meghatározni, mi rejtőzik e jelek mögött:

a 1 x 1 + b 1 x 2 = c 1
a 2 x 1 + b 2 x 2 = c 2
A különböző szakterületekkel rendelkező emberektől kapott válaszok nagyon eltérőek lehetnek. Íme néhány lehetőség.

Matematikus: "Ez egy két lineáris algebrai egyenlet rendszere két ismeretlenben, de hogy pontosan mit fejez ki, azt nem tudom megmondani."

Villamosmérnök: "Ezek az elektromos feszültség vagy az aktív feszültségű áramok egyenletei."

gépészmérnök: "Ezek az erőkiegyenlítési egyenletek karok vagy rugók rendszeréhez."

építőmérnök: "Ezek az egyenletek, amelyek valamilyen épületszerkezet alakváltozási erőire vonatkoznak."

Melyik a helyes válasz? Ne lepődj meg, de mindegyik igaz valamilyen szempontból. Minden attól függ, hogy mi rejtőzik az a, b, c állandó együtthatók és az ismeretlenek x 1 és x 2 szimbólumai mögött.

A modellek felépítéséhez két elvet alkalmaznak: deduktív(általánostól a konkrétig) és induktív(az egyeditől az általánosig). Az első megközelítés egy jól ismert alapmodell speciális esetét veszi figyelembe, amely a modellezett objektum körülményeihez igazodik, figyelembe véve a konkrét körülményeket. A második módszer hipotéziseket, egy összetett objektum lebontását, elemzését, majd szintézisét foglalja magában. Itt széles körben alkalmazzák a hasonlóságot, az analógiák keresését és a következtetést, hogy a rendszer viselkedésére vonatkozó feltételezések formájában bármilyen mintát alakítsanak ki.

A modellezési technológia megköveteli a kutatótól a problémák és feladatok helyes megfogalmazását, az eredmények előrejelzését, az ésszerű becslések készítését, a modellépítés fő és másodlagos tényezőinek kiemelését, analógiák megtalálását és a matematika nyelvén történő kifejezését.

V modern világ Egyre gyakrabban alkalmazzák a számítógépes szimulációs folyamatot, amely magában foglalja a Számítástechnika kísérletezni a modellel.

A modellezés a környező világ megismerésének módszere, amely a megismerés empirikus és elméleti szintjén egyaránt alkalmazott általános tudományos módszereknek tulajdonítható. A modell felépítése és tanulmányozása során szinte minden más megismerési módszer alkalmazható.

A modell (latin modulus - mérték, minta, norma) alatt olyan anyagi vagy mentálisan reprezentált tárgyat értünk, amely a megismerési (tanulmányozási) folyamat során felváltja az eredeti tárgyat, megőrizve annak néhány jellegzetes, ehhez fontos jellemzőjét. tanulmány. A modell felépítésének és használatának folyamatát modellezésnek nevezzük.

V rendszer elemzése A modellezést tekintik a tudományos ismeretek fő módszerének, amely a vizsgált objektumokkal kapcsolatos információk megszerzésének és rögzítésének módszereinek fejlesztésével, valamint a modellkísérletek alapján történő új ismeretek megszerzésével jár együtt. Manapság a legtöbb modellt számítástechnika és számítástechnika felhasználásával fejlesztik, az ilyen modelleket programok segítségével fejlesztik, vagy maguk is programként működhetnek.

A modell felépítésénél a kutató mindig a kitűzött célokból indul ki, csak a legjelentősebb tényezőket veszi figyelembe azok elérésében. Ezért egyetlen modell sem azonos az eredeti tárggyal, ezért hiányos, mivel az építése során a kutató csak a számára legfontosabb tényezőket vette figyelembe.

A modellek legfontosabb és leggyakoribb célja komplex folyamatok és jelenségek viselkedésének tanulmányozásában és előrejelzésében való alkalmazásuk. Nem szabad megfeledkezni arról, hogy bizonyos tárgyak és jelenségek egyáltalán nem tanulmányozhatók közvetlenül. A modellek másik, nem kevésbé fontos célja, hogy segítsenek azonosítani azokat a legjelentősebb tényezőket, amelyek az objektum bizonyos tulajdonságait alakítják, hiszen maga a modell csak az eredeti objektum főbb jellemzőit tükrözi, amelyeket figyelembe kell venni, amikor egy adott folyamat vagy jelenség tanulmányozása. A modell lehetővé teszi, hogy megtanulja, hogyan kell megfelelően irányítani egy objektumot különféle vezérlési lehetőségek tesztelésével. Valódi tárgy használata erre gyakran kockázatos vagy egyszerűen lehetetlen. Ha egy objektum tulajdonságai idővel változnak, akkor különösen fontossá válik az ilyen objektum állapotának előrejelzése különböző tényezők hatására.

A szimuláció célja megszabja, hogy az eredetinek mely vonatkozásai jelenjenek meg a modellben. A különböző célok ugyanazon objektum különböző modelljeinek felelnek meg.

A modellek felépíthetők gondolkodás segítségével (absztrakt modellek), vagy az anyagi világ segítségével (valódi modellek). Az absztrakt modellek között különleges helyet foglalnak el a nyelvi modellek. A sok esetben hasznos természetes nyelv kétértelműsége, homályossága akadályozhat bizonyos fajta gyakorlatokban. Ekkor jönnek létre a precízebb (szakmai) nyelvek, a nyelvek teljes hierarchiája, egyre pontosabb, ami a matematika ideálisan formalizált nyelvében csúcsosodik ki.

A szimulációt mára szokatlanul széles körben alkalmazzák számos tudásterületen: a filozófiai és más humanitárius tudományágaktól a magfizikáig és a fizika más ágaiig, a rádiótechnika és elektrotechnika problémáitól a mechanika és folyadékmechanika, élettanig. és biológia stb. a modellezés a világ megismerésének fő módja.

A modellezési kérdéseket filozófusok (V. A. Shtof, I. B. Novikov, N. A. Uemov és mások), pedagógiai és pszichológiai szakemberek (L. M. Fridman, V. V. Davydov, B. A. Glinszkij, S. I. Arhangelszkij és mások) munkái vették figyelembe.

A "modell" kifejezést széles körben használják az emberi tevékenység különböző területein, és számos szemantikai jelentése van. A modellezett objektumot eredetinek, a modellező objektumot modellnek nevezzük.

A „modell” fogalma a világ kísérleti tanulmányozása során merült fel, maga a „modell” szó pedig a „modus”, „modulus” latin szavakból származik, amelyek mértéket, képet, módszert jelentenek. Szinte az összes európai nyelvben egy képet vagy prototípust, vagy valamilyen más dologhoz hasonló dolgot jelöltek vele.

A „modell” fogalmának meghatározásával kapcsolatban különböző nézetek léteznek.

Így például V. A. Shtof a modellt egy olyan mentálisan reprezentált vagy anyagilag megvalósított rendszerként értelmezi, amely úgy jelenít meg és reprodukál egy objektumot, hogy a vizsgálata új információkat nyújt erről az objektumról.

A. I. Uemov a modellt rendszerként határozza meg, amelynek tanulmányozása egy másik rendszerről való információszerzés eszközeként szolgál.

Charles Lave és James March a következőképpen határoz meg egy modellt: „A modell a való világ leegyszerűsített képe. Megvan néhány, de nem minden tulajdonsága a való világból. Ez a világgal kapcsolatos, egymással összefüggő feltételezések halmaza. Egy modell egyszerűbb, mint azok a jelenségek, amelyeket ábrázolni vagy megmagyarázni kíván.

V. A. Polyakov úgy véli, hogy „a modell ideális formalizált reprezentációja egy rendszernek és szakaszonkénti kialakulásának dinamikájának. A modellnek integrált módon kell szimulálnia a valós feladatokat és helyzeteket, kompaktnak kell lennie, megfelelően közvetítenie kell az állapotátmeneteket, és egybe kell esnie a vizsgált feladattal vagy helyzettel.”

A legtöbb pszichológus a „modell” alatt olyan tárgyak vagy jelek rendszerét érti, amelyek az eredeti rendszer néhány lényeges tulajdonságát reprodukálják. A részleges hasonlósági reláció („homomorfizmus”) jelenléte lehetővé teszi, hogy a modellt a vizsgált rendszer helyettesítőjeként vagy képviselőjeként használjuk.

A modellen olykor olyan anyagi vagy mentálisan reprezentált tárgyat értünk, amely a megismerés (tanulmányozás) folyamatában felváltja az eredeti tárgyat, megőrizve néhány tipikus, e tanulmány szempontjából fontos jellemzőt.

Íme néhány példa a modellekre:

1) Egy építész soha nem látott típusú épületet készül felépíteni. De mielőtt felállítaná, megépíti ezt az épületet kockákkal az asztalon, hogy lássa, hogyan fog kinézni. Ez egy modell.

2) A falon egy háborgó tengert ábrázoló festmény. Ez egy modell.

„A modellezés az a folyamat, amelynek során (az eredeti) modelleket használunk az eredeti bizonyos tulajdonságainak tanulmányozására (az eredeti átalakítása), vagy az eredetit modellekkel helyettesítjük bármilyen tevékenység során” (például egy aritmetikai kifejezés, annak összetevőinek átalakítására átmenetileg betűkkel jelölhetjük).

„A modellezés egy tárgy közvetett gyakorlati vagy elméleti vizsgálata, amelyben nem közvetlenül a számunkra érdekes tárgyat, hanem valamilyen mesterséges vagy természetes segédrendszert vizsgálunk:

1) a felismerhető tárggyal valamilyen objektív összefüggésben lenni;

2) bizonyos tekintetben képes helyettesíteni őt;

3) a tanulmányozás során végső soron magáról a modellezett objektumról ad információt.

(a felsorolt ​​három jellemző tulajdonképpen a modell meghatározó jellemzői).

A fentiek alapján a következő modellezési célokat különböztethetjük meg:

1) megértés egy adott rendszer eszköze, szerkezete, tulajdonságai, fejlődési törvényei és a külvilággal való interakció;

2) menedzsment rendszer, amely meghatározza a legjobb irányítási módszereket az adott célokhoz és kritériumokhoz;

3) előrejelzés a meghatározott módszerek és hatásformák megvalósításának a rendszerre gyakorolt ​​közvetlen és közvetett következményei.

Mindhárom cél valamilyen mértékben magában foglalja a visszacsatolási mechanizmus meglétét, vagyis nemcsak a modellezett rendszer elemeit, tulajdonságait, kapcsolatait kell átvinni a modellezőbe, hanem fordítva.

A modellezés tudományos alapja az analógia elmélete, amelyben a fő fogalom - az analógia fogalma - a tárgyak hasonlósága minőségi és mennyiségi jellemzőik tekintetében. Mindezeket a típusokat egyesíti az általánosított analógia - absztrakció fogalma. Az analógia egy speciális megfelelést fejez ki az összehasonlított objektumok, a modell és az eredeti között.

Általában az analógia a középső, közvetítő kapcsolat a modell és a tárgy között. Egy ilyen hivatkozás funkciója:

a) különböző objektumok összehasonlítása, bizonyos tulajdonságok objektív hasonlóságának kimutatása és elemzése, ezekben a tárgyakban rejlő kapcsolatok;

b) az érvelés és az analógiás következtetés, vagyis az analógiás következtetések műveleteiben.

Bár a szakirodalom megjegyzi a modell és az analógia közötti elválaszthatatlan kapcsolatot, de "az analógia nem modell". A bizonytalanságokat homályos megkülönböztetés generálja:

a) analógia mint fogalom, amely kifejezi a különböző dolgok, folyamatok, helyzetek, problémák tényleges hasonlósági viszonyát;

b) az analógia, mint speciális érvelési logika;

c) az analógia mint heurisztikus megismerési módszer;

d) az analógia, mint az információ észlelésének és megértésének módja;

e) az analógia, mint a bevált módszerek és ötletek egyik tudáságból a másikba való átvitelének eszköze, mint a tudományos elmélet felépítésének és fejlesztésének eszköze.

Az analógiával történő következtetés magában foglalja a modell tanulmányozásából nyert információk értelmezését. A logikai irodalomban a következtetések analógiával történő levonásának módszerének sajátossága az ún tradukció- relációk (tulajdonságok, funkciók stb.) átvitele egyik objektumról a másikra. A traduktív érvelési módszert akkor alkalmazzák, amikor különböző objektumokat hasonlítanak össze mennyiségi, minőségi, térbeli helyzet, időbeli jellemzők, viselkedés, a szerkezet funkcionális paraméterei stb.

A modellezés többfunkciós, azaz sokféle módon, különféle célokra használják különböző szinteken a kutatás vagy az átalakítás (szakaszai). Ebben a tekintetben a modellhasználat évszázados gyakorlata a modellek formáinak és típusainak bőségét eredményezte.

A modellek osztályozása az objektumok legjelentősebb jellemzői alapján történik. A modellezés filozófiai vonatkozásaival foglalkozó szakirodalomban különböző osztályozási jellemzőket mutatnak be, amelyek szerint különböző típusú modelleket különböztetnek meg. Nézzünk meg néhányat közülük.

V. A. Shtof a következő modellosztályozást kínálja:

1) a felépítésük módja szerint (a modell formája);

2) minőségi sajátosságok (a modell tartalma) szerint.

Az építés módja szerint megkülönböztetik anyag és ideál modellek. Az anyagi modellek, annak ellenére, hogy ezeket a modelleket ember alkotta, objektíven léteznek. Céljuk sajátos - a vizsgált folyamat szerkezetének, természetének, folyásának, lényegének reprodukálása - a térbeli tulajdonságok tükrözése - a vizsgált folyamatok dinamikájának, függőségeknek, összefüggéseknek a tükrözése.

Az anyagi modellek elválaszthatatlanul kapcsolódnak a képzeletbeli modellekhez (mielőtt bármit is építhetsz, elméleti megértéssel, indoklással kell rendelkezned). Ezek a modellek akkor is mentálisak maradnak, ha valamilyen anyagi formában megtestesülnek. A legtöbb ilyen modell nem állítja, hogy anyagi megtestesülés.

Az anyagmodellek viszont a következőkre oszlanak:

· átvitt (érzéki vizuális elemekből felépítve);

· ikonszerű (ezekben a modellekben a kapcsolat elemei és a modellezett jelenségek tulajdonságai bizonyos jelekkel fejeződnek ki);

· vegyes (a figuratív és az ikonikus modellek tulajdonságait egyaránt ötvözi).

Ennek az osztályozásnak az az előnye, hogy jó alapot ad a modell két fő funkciójának elemzéséhez:

Gyakorlati (mint egy tudományos kísérlet eszköze és eszköze);

Elméleti (mint a valóság sajátos képe, amely a logikai és az érzéki, az absztrakt és a konkrét, az általános és az egyes elemeit tartalmazza).

B. A. Glinskynek van egy másik osztályozása is a „Modelles mint a tudományos kutatás módszere” című könyvében. A modellek szokásos felosztása a megvalósítás módja szerint, az eredeti oldalak reprodukciójának jellege szerint is felosztja a modelleket:

· lényeges ;

· szerkezeti;

· funkcionális;

vegyes.

Vegyünk egy másik osztályozást, amelyet L. M. Fridman javasolt. Az áttekinthetőség szempontjából az összes modellt két osztályba osztja:

· anyag (valódi, igazi);

· ideál.

Az anyagmodellek közé tartoznak azok, amelyek bármilyen anyagból, fémből, fából, üvegből és egyéb anyagokból készülnek. Ide tartoznak azok az élőlények is, amelyeket bizonyos jelenségek vagy folyamatok tanulmányozására használnak. Mindezek a modellek közvetlenül érzékelhetők az érzékszervekkel, mert valóban, objektíven léteznek. Ezek az emberi tevékenység anyagi termékei.

Az anyagmodellek pedig feloszthatók statikus (rögzített) és dinamikus (aktív) .

Az osztályozás készítője az első típusú modellekre hivatkozik, amelyek geometriailag hasonlóak az eredetiekhez. Ezek a modellek csak az eredeti példányok térbeli (geometriai) jellemzőit közvetítik egy bizonyos léptékben (például házmodellek, városok vagy falvak épületei, különféle próbabábok, geometriai formák és fából, drótból, üvegből készült testek modelljei, molekulák és kristályok térbeli modelljei a kémiában, repülőgépek, hajók és egyéb gépek modelljei stb.).

A dinamikus (cselekvő) modellek közé tartoznak azok, amelyek bizonyos folyamatokat, jelenségeket reprodukálnak, fizikailag hasonlóak lehetnek az eredetihez, és valamilyen léptékben reprodukálják a szimulált jelenségeket. Például a tervezett vízierőmű kiszámításához megépítik a folyó és a leendő gát működési modelljét; a jövőbeli hajó modellje lehetővé teszi a tervezett hajó viselkedésének bizonyos aspektusainak tanulmányozását a tengeren vagy a folyón egy közönséges fürdőben stb.

A következő típusú működési modellek mindenféle analóg és szimuláló , amelyek ezt vagy azt a jelenséget reprodukálják egy másik, bizonyos értelemben kényelmesebb segítségével. Ilyenek például a különféle mechanikai, termikus, biológiai és egyéb jelenségek elektromos modelljei. Egy másik példa a vesemodell, amelyet széles körben használnak az orvosi gyakorlatban. Ez a modell - egy mesterséges vese - ugyanúgy működik, mint egy természetes (élő) vese, eltávolítva a méreganyagokat és egyéb anyagcseretermékeket a szervezetből, de természetesen teljesen másképp van elrendezve, mint egy élő vese.

Az ideális modelleket általában három típusra osztják:

· ob-különböző (ikonszerű);

· ikonszerű (jel-szimbolikus);

· szellemi (szellemi).

A figuratív, vagy ikonikus (kép) modellek különféle rajzokat, rajzokat, diagramokat foglalnak magukban, amelyek figuratív formában közvetítik a szimulált tárgyak vagy jelenségek szerkezetét vagy egyéb jellemzőit. A földrajzi térképeket, terveket, szerkezeti képleteket a kémiában, az atom modelljét a fizikában stb. is az ilyen típusú ideális modellekhez kell kötni.

A jel-szimbolikus modellek a modellezett objektumok szerkezetének vagy egyes jellemzőinek rögzítése valamilyen mesterséges nyelv jelei-szimbólumai segítségével. Ilyen modellek például a matematikai egyenletek, kémiai képletek.

Végül a mentális (mentális, képzeletbeli) modellek bármely jelenségről, folyamatról vagy tárgyról alkotott elképzelések, amelyek a modellezett tárgy elméleti sémáját fejezik ki. A mentális modell egy jelenség bármilyen tudományos ábrázolása természetes nyelven történő leírás formájában.

Amint látja, a tudományban és a technológiában a modell fogalmának sokféle van különböző jelentések, a tudósok körében nincs egységes álláspont a modellek osztályozásával kapcsolatban, ebből a szempontból lehetetlen egyértelműen besorolni a modellezés típusait. Az osztályozás többféle szempont alapján történhet:

1) a modellek jellege (vagyis a modellező eszközök) alapján;

2) a szimulált objektumok természete szerint;

3) a modellezés alkalmazási területei szerint (modellezés mérnöki, fizikai tudományokban, kémiában, élőfolyamatok modellezése, psziché modellezése stb.)

4) a modellezés szintjei ("mélysége") szerint, kezdve például a mikroszintű modellezés fizikában történő elosztásával.

A leghíresebb a modellek jellege szerinti osztályozás. Az ő megkülönböztetése szerint a következő típusok szimuláció:

1. Tárgyi modellezés, amelyben a modell az objektum geometriai, fizikai, dinamikus vagy funkcionális jellemzőit reprodukálja. Például egy híd, egy gát, egy repülőgép szárny makettje stb.

2. Analóg modellezés, amelyben a modellt és az eredetit egyetlen matematikai kapcsolat írja le. Ilyen például a mechanikai, hidrodinamikai és akusztikai jelenségek tanulmányozására használt elektromos modellek.

3. Jelmodellezés, amelyben a modellek valamilyen jelképződmény: diagramok, grafikonok, rajzok, képletek, grafikonok, szavak és mondatok valamilyen ábécében (természetes vagy mesterséges nyelven)

4. A jelhez szorosan kapcsolódik a mentális modellezés, amelyben a modellek mentálisan vizuális karaktert kapnak. Példa ebben az esetben az atommodell, amelyet annak idején Bohr javasolt.

5. Végül a modellezés egy speciális típusa, hogy a kísérletbe nem magát az objektumot, hanem annak modelljét vonják be, aminek köszönhetően ez utóbbi modellkísérlet jelleget kölcsönöz. Az ilyen típusú modellezés azt jelzi, hogy az empirikus és az elméleti tudás módszerei között nincs kemény határvonal.

A formalizálásnak köszönhető, hogy a matematikai logikát a törvényei szerint működő elektronikus számítógépekben lehetett használni.

V. Pekelis

Az ember egész élete folyamatosan szembesíti akut és különböző feladatokkal és problémákkal. Az ilyen problémák, nehézségek, meglepetések megjelenése azt jelenti, hogy a körülöttünk lévő valóságban rengeteg ismeretlen, elrejtett dolog van. Ezért szükség van a világ egyre szélesebb körű megismerésére, egyre több új folyamat felfedezésére benne, az emberek és dolgok kapcsolatára.

Siker intellektuális fejlődés a tanulót főleg az osztályteremben érik el, ahol a tanulók tanulás iránti érdeklődésének mértéke, tudásszintje, az állandó önképzésre való felkészültsége, azaz a tanár szisztematikus kognitív tevékenységszervezési képességétől függ. értelmi fejlődésüket.

Az informatika tantárgy oktatásának tapasztalatai azt mutatják, hogy különösen kiemelkednek a tanulók tevékenységtípusai helyzetelemzésben, előrejelzésben, információs modellek felépítésében, a változatos megoldásválasztás feltételeinek megteremtésében, heurisztikus technikák alkalmazásában, valamint a tervezési tevékenység elvégzésének képességében. mint gólokat.

A számítástechnika iskolai tanulásának konkrét feladatai a következők:

• bevezetni a tanulókat rendszerfogalmak, információ, modell, algoritmus és szerepük a világ modern információs képének kialakításában, megtanít e fogalmak meghatározására, jellemzőik kiemelésére és magyarázatára, megkülönböztetni a modellek típusait, algoritmusait stb.;
• feltárja az információs folyamatok általános mintázatait a természetben, a társadalomban, a technikai rendszerekben;
• megismertesse a hallgatókkal az információ formalizálásának, strukturálásának alapelveit, és fejlessze a tanult objektumok és rendszerek információs modelljeinek felépítésének képességét;
• algoritmikus és logikai gondolkodásmód kialakítása;
• a probléma megoldásához szükséges információk keresésének megszervezésére való képesség kialakítása;
• a cél elérését szolgáló cselekvések tervezési képességének kialakítása, rögzített eszközkészlet felhasználásával.

A formáció egy olyan oktatási és képzési folyamat, amelynek célja egy személy személyiségének vagy egyéni tulajdonságainak fejlesztése. Formálni annyit jelent, mint az oktatást, képzést úgy megszervezni és lebonyolítani, a tanulót úgy befolyásolni, hogy az egyik vagy másik tulajdonság kibontakozzon benne.

A „Formalizálás és modellezés” rész elsajátítása alapvető fontosságú ezen az úton.

szakaszonként „Modellezés és formalizálás” 8 óra áll rendelkezésre. A szakasz a következő témákat fedi le:

• Egy tárgy. Az objektumok osztályozása. tárgymodellek. 2 óra.
• A modellek osztályozása. A modellezés főbb szakaszai. 2 óra.
• A probléma formális és informális megfogalmazása.
• A formalizálás alapelvei. 2 óra.
• Az információs technológia fogalma a problémák megoldására.
• Információs modell felépítése. 2 óra.

A főbb fogalmak, amelyeket a diákoknak meg kell tanulniuk a téma tanulmányozása után:

Objektum, modell, modellezés; formalizálás; információs modell; információs technológia problémamegoldáshoz; számítógépes kísérlet.

Az egység végén a tanulóknak kell tud:

• sok modell létezéséről ugyanarra az objektumra;
• az informatika szakaszai a számítógép segítségével történő problémák megoldásához.

a diákoknak kell képesnek lenni:

• mondjon példákat a modellezésre és formalizálásra;
• példákat adjon az objektumok és folyamatok formalizált leírására;
• példákat adjon rendszerekre és modelljeikre.
• felépíteni és felfedezni a legegyszerűbb információs modelleket számítógépen.

A szakasz tanulmányozása spirálisan halad: a koncepcióval kezdődik Egy tárgy. Az objektumok osztályozása. A tanulmányozáshoz diafilmet használnak, amely meghatározza ezeket a fogalmakat, világosan mutat példákat tárgyakra, elmagyarázza - milyen tulajdonságai vannak egy tárgynak, a környezetnek (ld.<Рисунок 1> , <Рисунок 2>) stb.

A dia használata<Приложение 1 >A tanuló önállóan meg tudja érteni ezeket a fogalmakat. Az objektumhoz kapcsolódó fogalmak rendszerezése után zökkenőmentes átmenet történik a fogalmakra modell, modellek osztályozása ( néz<Рисунок 3> , <Рисунок 4> ) . A tanuló a következő típusú feladatokat kapja: Tárgy - személy. A jelenség egy zivatar. Sorolja fel modelljeit, és osztályozza őket.

Az ember régóta használja a modellezést tárgyak, folyamatok, jelenségek tanulmányozására különböző területeken. E vizsgálatok eredményei a valós tárgyak és folyamatok jellemzőinek meghatározását és javítását szolgálják; a jelenségek lényegének megértése és az alkalmazkodási vagy kezelési képesség fejlesztése; új létesítmények építésére vagy a régiek korszerűsítésére. A modellezés segíti az embert a megalapozott és átgondolt döntések meghozatalában, tevékenységének következményeinek előrelátásában.

A számítógépeknek köszönhetően nemcsak a modellezés alkalmazási területei bővülnek jelentősen, hanem a kapott eredmények átfogó elemzése is biztosított.

A szakasz tanulmányozásával a tanulók megismerkednek a modellezés és formalizálás alapjai. A tanulóknak meg kell érteniük, mi az a modell, és milyen típusú modellek léteznek. Erre azért van szükség, hogy a kutatás során a hallgatók az egyes modellekhez megfelelő szoftverkörnyezetet, eszközöket meg tudják választani és hatékonyan tudják használni. Minden kutatás kezdete az a probléma megfogalmazása, amelyet az adott cél határoz meg. A modell típusa, a szoftverkörnyezet megválasztása és a kapott eredmények attól függnek, hogy hogyan értelmezzük a modellezés célját. A tanuló megismeri a modellezés főbb szakaszai amelyen a kutatónak át kell mennie a cél elérése érdekében.

A képzés tartalmát a hallgatók számára elérhető különböző modellek listája alkotja. Már elég sok olyan modell ismert, amelyekhez elengedhetetlen a számítógép használata. Különböző tantárgyak konkrét modelljein tanulnak a tanulók szimulációs technológiák, építeni tanulni információs modellek. Ehhez különböző szoftverkörnyezeteket használhat. A hallgató képességeitől függően határozza meg a tartalom mennyiségét és a különféle információs technológiák lehetőségeit.

A megszerzett ismeretek tanításának és elsajátításának fontos pontja a szekció összes oktatási elemének ellátása a szükséges szintű tesztekkel, amelyeket a módszertani kézikönyv 5, 7*, szintén az internetről, szerző: N. Ugrinovich.

Ez a cikk a „Modellálás és formalizálás” fejezet fő oktatási elemeire vonatkozó teszt egyik változatát mutatja be. Adott a szöveg is ellenőrzési munka amelyet S.Yu fejlesztett ki. Piskunova és megoldása a 9* kollekcióból

Teszt a "Modellezés és formalizálás" témában

1. Mit nevezünk egy objektum attribútumának?

1. Valós világ objektumának ábrázolása bizonyos jellemzőinek segítségével, amelyek elengedhetetlenek ezen információs probléma megoldásához.
2. Valós objektumok absztrakciója, amelyek közös jellemzőkkel és viselkedéssel rendelkeznek.
3. Egy tárgy és jellemzői közötti kapcsolat.
4. Minden egyedi jellemző minden lehetséges esetre közös

2. A modell típusának kiválasztása a következőktől függ:

1. A tárgy fizikai természete.
2. Az objektum célja.
3. A tárgy tanulmányozásának céljai.
4. Az objektum információs entitása.

3. Mi az objektum információs modellje?

1. Anyagi vagy szellemileg reprezentált tárgy, amely a kutatás során az eredeti tárgy helyébe lép a kutatás szempontjából fontos leglényegesebb tulajdonságok megőrzésével.
2. Egy objektum formalizált leírása szöveg formájában valamilyen kódolási nyelven, amely az objektumról minden szükséges információt tartalmaz.
3. Matematikai modellt megvalósító szoftvereszköz.
4. A vizsgált probléma szempontjából lényeges objektumok attribútumainak és a köztük lévő kapcsolatoknak a leírása.

4. Adja meg a modellek besorolását a szó szűk értelmében:

1. Természetes, elvont, verbális.
2. Absztrakt, matematikai, információs.
3. Matematikai, számítógépes, információs.
4. Verbális, matematikai, információs

5. Az információs modell létrehozásának célja:

1. Valós világbeli objektum adatainak feldolgozása, figyelembe véve az objektumok közötti kapcsolatot.
2. A modell bonyolultsága, figyelembe véve a korábban közölt további tényezőket.
3. Objektumok vizsgálata számítógépes kísérletezésen alapuló matematikai modelljeikkel.
4. Egy objektum szövegként való megjelenítése valamilyen mesterséges nyelven, amely a számítógépes feldolgozás számára hozzáférhető.

6. Az információs modellezés a következőkön alapul:

1. Az objektum megnevezése és neve.
2. Valós objektum cseréje megfelelő modellel.
3. Olyan elemző megoldás megtalálása, amely információt nyújt a vizsgált objektumról.
4. Az információ keletkezési, feldolgozási és továbbítási folyamatainak leírása a vizsgált tárgyrendszerben.

7. A formalizálás az

1. Az átmenet szakasza egy objektum kiválasztott jellemzői közötti kapcsolatok értelmes leírásától a valamilyen kódolási nyelvet használó leíráshoz.
2. Valós tárgy helyettesítése jellel vagy jelkészlettel.
3. Átmenet a valóságban felmerülő fuzzy problémákról a formális információs modellekre.
4. Az objektummal kapcsolatos lényeges információk elkülönítése.

8. Az információs technológiát ún

1. A feldolgozás, gyártás, az anyag állapotának, tulajdonságainak, alakjának megváltoztatásának eszközeinek és módszereinek kombinációja által meghatározott folyamat.
2. Egy objektum kezdeti állapotának megváltoztatása.
3. Olyan folyamat, amely eszközök és módszerek összességét alkalmazza egy tárgy, folyamat vagy jelenség állapotára vonatkozó új minőségű elsődleges információk feldolgozására és továbbítására.
4. A cél elérését célzó konkrét cselekvések összessége.

9. Mit nevezünk szimulációs modellezésnek?

1. Modern technológia tárgykutatás.
2. Fizikai jelenségek, folyamatok tanulmányozása számítógépes modellek segítségével.
3. A matematikai modell megvalósítása szoftvereszköz formájában.

10. Mi az a számítógépes információs modell?

1. Egy objektum tesztként való ábrázolása valamilyen, számítógépes feldolgozás számára hozzáférhető mesterséges nyelven.
2. Olyan információhalmaz, amely egy tárgy tulajdonságait, állapotát, valamint a külvilággal való kapcsolatát jellemzi.
3. Modell mentális vagy társalgási formában, számítógépen megvalósítva.
4. Számítástechnikával kapcsolatos kutatási módszer.

11. Egy számítógépes kísérlet lépések sorozatából áll:

1. Numerikus módszer megválasztása - algoritmus kidolgozása - program végrehajtása számítógépen.
2. Matematikai modell építése - numerikus módszer kiválasztása - algoritmus kidolgozása - program végrehajtása számítógépen, megoldás elemzése.
3. Modellfejlesztés - algoritmusfejlesztés - az algoritmus megvalósítása szoftver eszköz formájában.
4. Matematikai modell felépítése - algoritmus kidolgozása - program végrehajtása számítógépen, megoldás elemzése.

kérdésszám
Válasz Nem.	4	3	2	1	4	3	1	3	3	3	2

Tesztmunka a „Modellezés és formalizálás” témában

1. számú lehetőség.

1. Készítsen választ a „Modellek és összeállításuk” témában, egymás után válaszolva a kérdésekre.

1. Mi az objektummodell?
2. Milyen modellekben találkozol? Mindennapi élet?
3. Mi az információs modell?
4. Leírható-e egy objektum különböző információs modellekkel? Ha igen, miben fognak különbözni?
5. Készítsen információs modellt az „autó” objektumról, hogy jellemezze azt az utasok számára. Hogyan fog változni ez a modell, ha az a cél, hogy az autót műszaki eszközként jellemezzék?
6. Lehetséges-e stratégiai számítógépes játék játékmodellnek hívják? Ha lehetséges, miért?

2. Állítsd össze a probléma matematikai modelljét:

Határozza meg, hogy mikor találkozik két gyalogos, akik egymással találkoznak.

2. számú lehetőség.

1. Készítsen választ a „Tárgyok osztályozása” témában, egymás után válaszolva a kérdésekre!

1. Mi az objektumok osztályozása? Miért van szükség az objektumok osztályozására?
2. Mondjon példát az objektumok osztályozására a közös tulajdonságok szerint!
3. Mi az öröklés elve?
4. Magyarázza el egy példával az objektumok besorolását a " köznévvel" számítógépes program”.
5. Hogyan osztályozhatók a modellek?
6. Mi alapján osztják fel a modelleket statikusra és dinamikusra?

2. Készítse el a probléma matematikai modelljét:

- Határozza meg az időt, amikor az egyik gyalogos utoléri a másikat.

1.opció

1. Válaszok a kérdésekre

1.1. A modell egy olyan kép, amely egy tárgy, jelenség vagy folyamat néhány lényeges aspektusát tanulmányozza.

1.2. A mindennapi életben az ember anyagi és információs modellekkel találkozik.

1.3. Az információs modellek az objektumokat az egyik kódolási nyelven írják le (köznyelvi, grafikus, tudományos stb.).

1.4. Egy és ugyanazon objektumnak több modellje is lehet, minden attól függ, hogy az objektum milyen tulajdonságait kívánja vizsgálni. Például egy és ugyanazt a tárgyat az ember a fizikában anyagi pontnak, a biológiában - önfenntartásra törekvő rendszernek stb.

1.5. Az autó információs modelljének összeállításakor az utasok kényelmének leírása érdekében fel kell tüntetni: teherautó vagy személyautó, kapacitás (hány ember), hány ajtó, a csomagtartó megléte és mérete, belső tér méret, kárpit, forma, ülés puhasága, légkondi, zene stb. .d. Ha egy autót műszaki eszközként jellemez, akkor a tömeg, méret, teherbírás, maximális sebesség, üzemanyag-fogyasztás stb.

1.6. A stratégiai számítógépes játék az életben lezajló információs folyamatokat jeleníti meg. Például a katonai stratégiák eszközöket írnak le politikai rendszeráltalában és a hadseregei különösen a pénzügyi stratégiák különféle gazdasági és társadalmi törvényeket írnak le. Ezért egy stratégiai számítógépes játék az általa leírt információs folyamat információs modelljének tekinthető.

L - kezdeti távolság

Eredmény: t - mozgási idő

Ehhez: L, v 1, v 2 > 0

Módszer: t = L / (v 1 + v 2)

2. lehetőség

1. Válaszok a kérdésekre

1.1. A környező világban található tárgyak sokfélesége között igyekszünk olyan tárgycsoportokat azonosítani, amelyek közös tulajdonságokkal rendelkeznek. Az osztály olyan objektumok csoportja, amelyek közös tulajdonságokkal rendelkeznek. Az osztályban lévő objektumokat az osztály példányainak nevezzük. Az azonos osztályba tartozó objektumok bizonyos speciális tulajdonságokban különböznek egymástól. Az osztályozás az objektumok osztályokba és alosztályokba való felosztása közös tulajdonságok alapján.

1.2. Példa a közös tulajdonságok szerinti osztályozásra - az irodalom tárgya tartalom szerint három nagy osztályba sorolható: tudományos irodalom, szépirodalom, ismeretterjesztő irodalom.

1.3. Egy hierarchikus struktúrában az objektumok szintekbe vannak rendezve, ahol az alacsonyabb szintű példányt gyermekosztálynak nevezik, és része a szülőosztálynak nevezett magasabb szintű példánynak. Az osztályok legfontosabb tulajdonsága az öröklődés – minden gyermekosztály örökli a szülőosztály összes tulajdonságát.

1.4. Bármely számítógépes program egy számítógép számára érthető nyelven írt algoritmus. A programok rendszerre és alkalmazásra vannak osztva. Különböző funkciókat látnak el, de mindegyik a számítógép számára érthető nyelven íródott - ez az a tulajdonság, amelyet minden leszármazott osztály (rendszer és alkalmazási programok) a szülő osztályából - számítógépes program.

1.5. A modellek bármely lényeges jellemző szerint osztályozhatók.

1.6. Azokat a modelleket, amelyek egy rendszert egy adott időpontban írnak le, statisztikai információs modelleknek nevezzük. A rendszer változási és fejlődési folyamatait leíró modelleket dinamikus információs modelleknek nevezzük.

2. A probléma matematikai modellje

Adott: t 02 - a második gyalogos indulási ideje

v 1 - az első gyalogos sebessége

v 2 - a második gyalogos sebessége

Eredmény: t - gyalogosok találkozási ideje

Amikor: t 02, v 1, v 2 > 0; v1< v 2

L 2 \u003d (t - t 02) * v 2

t * v 1 \u003d (t - t 02) * v 2

t * v 1 - t * v 2 = - t 02 * v 2

t \u003d t 02 * v 2 / (v 2 - v 1)

Irodalom:

diákoknak

1. Ivanova I.A. Informatika. 9. évfolyam: Műhely. - Szaratov: Líceum, 2004
2. Informatika, Alaptanfolyam, 7-9 évfolyam. – M.: Alapismereti Laboratórium, 2001.
3. Informatika 7-8 évfolyam / szerkesztette: N.V. Makarova. - Szentpétervár: "Peter" kiadó, 1999.
4. Informatika 9. évfolyam / szerkesztette N.V. Makarova. - Szentpétervár: Kom Péter, 1999.
5. N. Ugrinovich „Informatika és információs technológiák”
6. O. Efimova, V. Morozov, N. Ugrinovics. Jól számítógépes technológia az informatika alapjaival. Oktatóanyag felső tagozatosok számára. - M., ABF, 1999.

Módszertan

1. Beshenkov S.A., Lyskova V.Yu., Matveeva N.V. Formalizálás és modellezés // Informatika és oktatás. - 1999. - 5. sz. - S. * - *; 6. szám - P.21-27; 7. szám - P.25-29.
2. Boyarshinov V.G. Matematikai modellezés v iskolai tanfolyam informatika // Informatika és oktatás. - 1999. - 7. sz. - P.13-17.
3. Vodovozov V.M. Információ-előkészítés vizuális objektumok környezetében // Informatika és
   oktatás. - 2000. - 4. sz. - P.87-90.
4. Obornev E.A., Oborneva I.V., Karpov V.A. Modellezés táblázatokban // Informatika és oktatás. - 2000. - 5. sz. - P. 47-52.
5. Informatika. Tesztfeladatok. – M.: Alapismereti Laboratórium, 2002.
6. Makarenko A.E. stb. Felkészülés informatika vizsgára. - M .: Iris-Press, 2002
7. Molodcov V.A., Ryzhikova N.B. Számítástechnikából a vizsga és a központosított teszt sikeres letétele 100 pontért. - Rostov n / a: Főnix, 2003.
8. Petrosyan V.G., Perepecha I.R., Petrosyan L.V. Fizikai problémák számítógépes megoldásának módszerei // Informatika és oktatás. - 1996. - 5. sz. - P. 94-99.
9. Tervezett tanulási eredmények számítástechnika és információs technológiaés értékelésük a fő- és középfokú (ponoy) általános iskolákban: Tanulságos-módszeres gyűjtemény / Szerzők és összeállítók: N.E. Kostyleva, L.Z. Gumerova, R.I. Yarochkina, L.V. Lunina, S.Yu. Piskunova, E.V. Zhuravleva - Naberezhnye Chelny: CRO, 2004.
10. Ponomareva E.A. Lecke a modell fogalmának tanulmányozásáról // Informatika és oktatás. - 1999. - 6. sz. - S. 47-50.
11. Ostrovskaya E.M. Modellezés számítógépen // Informatika és oktatás. - 1998. - 7. sz. - P. 64-70; 8. szám - P.69-84.
12. Smolyaninov A.A. Az első leckék a "Modellezés" témában // Informatika és oktatás. - 1998. - 8. sz. - P. 23-29.
13. Khenner E.K., Shestakov A.P. "Matematikai modellezés" tanfolyam // Informatika és oktatás. - 1996. - 4. sz. - P.17-23.

Modellek és szimuláció

Mi az a modell?

"helyettes" néhány "eredeti"

Modell definíció:

Következtetés.

anyagi (fizikai) Példák:

Tökéletes modellezés -

ikonszerű modellezés –

Matematikai modellezés

Felhasználási kör

Kiképzés: szemléltető eszközök, képzési programok, különféle szimulátorok;

Tapasztalt: a hajó modelljét a medencében tesztelik, hogy meghatározzák a hajó stabilitását gurulás közben;

Tudományos és műszaki: elektrongyorsító, villámkisülést szimuláló eszköz, TV tesztelésére szolgáló állvány;

Szerencsejáték: katonai, gazdasági, sport, üzleti játékok;

Utánzás: a kísérletet vagy többször megismétlik annak érdekében, hogy tanulmányozzák és értékeljék bármely cselekvés valós helyzetre gyakorolt ​​következményeit, vagy egyidejűleg sok más hasonló tárggyal, de eltérő körülmények között hajtják végre) .

Következtetés.

Az anyagmodellek egy tárgy, jelenség vagy folyamat anyagi (tapintás, szaglás, látás, hallás) megközelítést valósítanak meg.

Információs modellek a saját szemeddel nem érintheted, nem láthatod, nincs anyagi megtestesülésük, mert csak információra épülnek. Ez a modellezési módszer a környező valóság tanulmányozásának információs megközelítésén alapul.

Modellezés lépései

Mielőtt bármilyen munkát elkezdene, világosan el kell képzelnie a tevékenység kiindulási pontját és minden pontját, valamint hozzávetőleges szakaszait. Ugyanez mondható el a modellezésről is. A kiindulópont itt a prototípus. Lehet létező vagy kivetített objektum vagy folyamat. A modellezés utolsó szakasza a tárgyra vonatkozó ismeretek alapján döntést hoz.

A lánc így néz ki.

Magyarázzuk meg ezt példákkal.

Példa a modellezésre új technikai eszközök létrehozása során a fejlődés története űrtechnológia. A megvalósításhoz űrrepülés két problémát kellett megoldani: leküzdeni a föld gravitációját, és biztosítani az előrehaladást a levegőtlen térben. Newton a Föld gravitációjának leküzdésének lehetőségéről beszélt a 17. században. K. E. Tsiolkovsky javasolta egy sugárhajtómű létrehozását az űrben való mozgáshoz, amely folyékony oxigén és hidrogén keverékéből származó üzemanyagot használ, amely jelentős energiát bocsát ki az égés során. Meglehetősen pontos leíró modellt készített a leendő bolygóközi hajóról rajzokkal, számításokkal és indoklással.

Kevesebb mint fél évszázad alatt K. E. Ciolkovszkij leíró modellje a valódi modellezés alapja lett. tervezőiroda S. P. Koroljev vezetésével. Természetes kísérletekben teszteltük különböző fajták folyékony üzemanyag, rakéta alakú, repülésirányító és életfenntartó rendszerek űrhajósok számára, eszközök tudományos kutatás stb. A sokoldalú modellezés eredményeként nagy teljesítményű rakéták indultak a Föld-közeli űrbe mesterséges műholdak föld, hajók űrhajósokkal a fedélzetén és űrállomások.

Nézzünk egy másik példát. A híres 18. századi vegyész, Antoine Lavoisier az égési folyamatot tanulmányozva számos kísérletet végzett. Különféle anyagokkal szimulálta az égési folyamatokat, amelyeket a kísérlet előtt és után hevített és mért. Ugyanakkor kiderült, hogy egyes anyagok hevítés után elnehezednek. Lavoisier azt javasolta, hogy a melegítés során hozzáadjanak valamit ezekhez az anyagokhoz. Tehát a modellezés és az eredmények későbbi elemzése egy új anyag – az oxigén – meghatározásához, az „égés” fogalmának általánosításához vezetett, magyarázatot adott számos ismert jelenségre, és új távlatokat nyitott a tudomány más területein végzett kutatások számára. különösen a biológiában, mivel az oxigénről kiderült, hogy az állatok és növények légzésének és energiacseréjének egyik fő összetevője.

Modellezés- kreatív folyamat. Nagyon nehéz formális keretek közé helyezni. A legtöbbben Általános nézetábrán látható módon szakaszosan is bemutatható. egy.

Rizs. 1. A modellezés szakaszai.

Minden alkalommal, amikor egy adott probléma megoldását végzik, egy ilyen sémát módosíthatnak: néhány blokkot eltávolítanak vagy javítanak, néhányat hozzáadnak. Minden szakaszt a modellezés feladata és céljai határoznak meg. Tekintsük részletesebben a modellezés főbb szakaszait.

1. SZAKASZ. A PROBLÉMA MEGFOGALMAZÁSA.

A feladat olyan probléma, amelyet meg kell oldani. A probléma felállításának szakaszában három fő szempontot kell tükrözni: a probléma leírását, a modellezési célok meghatározását és az objektum vagy folyamat elemzését.

Feladatleírás

A feladat hétköznapi nyelven van megfogalmazva, a leírásnak érthetőnek kell lennie. Itt a fő dolog az, hogy meghatározzuk a modellezés tárgyát, és megértsük, mi legyen az eredmény.

A szimuláció célja

1) a környező világ ismerete

Miért alkot egy ember modellt? A kérdés megválaszolásához a távoli múltba kell tekintenünk. Több millió évvel ezelőtt, az emberiség hajnalán, primitív emberek tanulmányozták a környező természetet, hogy megtanulják, hogyan lehet ellenállni a természeti elemeknek, hogyan használhatják fel a természeti előnyöket, egyszerűen túlélhetik.

A felhalmozott tudást nemzedékről nemzedékre adták át szóban, később írásban, végül tantárgyi modellek segítségével. Így született meg például a modell földgolyó- földgömb - lehetővé teszi bolygónk alakjának, saját tengelye körüli forgásának és a kontinensek elhelyezkedésének vizuális megjelenítését. Az ilyen modellek lehetővé teszik egy adott objektum elrendezésének megértését, alapvető tulajdonságainak megismerését, fejlődésének és a környező modellvilággal való interakciójának törvényszerűségének megállapítását.

2) objektumok létrehozása meghatározott tulajdonságokkal ( a problémafelvetés határozza meg "hogyan készítsd el...".

Elegendő tudás felhalmozása után az ember feltette magának a kérdést: „Létrehozható-e az adott tulajdonságokkal és adottságokkal rendelkező tárgy, hogy ellensúlyozza az elemeket, vagy szolgálatába állítsa a természeti jelenségeket?” Az ember elkezdett modelleket építeni olyan tárgyakról, amelyek még nem léteztek. Így születtek meg a szélmalmok, különféle mechanizmusok, akár egy hétköznapi esernyő létrehozásának ötletei. E modellek közül sok mára valósággá vált. Ezek emberi kéz által létrehozott tárgyak.

3) a tárgyra gyakorolt ​​hatás következményeinek meghatározása és elfogadása helyes döntés . A típusú modellezési feladatok célja "mi van ha..." . (mi történik, ha megemeli a viteldíjat a közlekedésben, vagy mi történik, ha ilyen-olyan helyre temeti el a nukleáris hulladékot?)

Például annak érdekében, hogy megmentsék a Néva-parti várost az állandó áradásoktól, amelyek hatalmas károkat okoznak, egy gát építése mellett döntöttek. Tervezése során számos modellt építettek, köztük teljes körűeket is, éppen azért, hogy előre jelezzék a természetbe való beavatkozás következményeit.

4) egy objektum (vagy folyamat) kezelésének hatékonysága) .

Mivel a gazdálkodás kritériumai nagyon ellentmondásosak, csak akkor lesz eredményes, ha "a farkasok is táplálkoznak és a juhok biztonságban vannak".

Például az étkezést az iskola étkezdéjében kell megoldania. Egyrészt meg kell felelnie az életkori követelményeknek (kalóriatartalmú, vitaminokat és ásványi sókat tartalmazó), másrészt a legtöbb gyereknek ízleni kell, ráadásul a szülők számára „megfizethetőnek” kell lennie, harmadrészt a főzési technológiának megfelelnek az iskolai étkezdék lehetőségeinek. Hogyan lehet kombinálni az összeférhetetlent? A modell felépítése segít megtalálni az elfogadható megoldást.

Objektumelemzés

Ebben a szakaszban egyértelműen azonosítható a modellezett objektum és főbb tulajdonságai, miből áll, milyen kapcsolatok vannak közöttük.

Az alárendelt objektum kapcsolatok egyszerű példája a mondatelemzés. Először a főtagokat (alany, állítmány), majd a főtagokhoz kapcsolódó másodlagos tagokat, majd a másodlagosokhoz kapcsolódó szavakat, stb.

II. SZAKASZ. MODELLFEJLESZTÉS

1. Információs modell

Ebben a szakaszban az elemi objektumok tulajdonságait, állapotait, műveleteit és egyéb jellemzőit bármilyen formában tisztázzák: szóban, diagramok, táblázatok formájában. Az eredeti tárgyat alkotó elemi tárgyakról elképzelés alakul ki, azaz. információs modell.

A modelleknek tükrözniük kell az objektív világ tárgyainak legjelentősebb jellemzőit, tulajdonságait, állapotait és kapcsolatait. Ők azok, akik adnak teljes körű információ a tárgyról.

Képzeld el, hogy meg kell oldanod egy rejtvényt. Felajánlunk egy listát egy valódi tárgy tulajdonságairól: kerek, zöld, fényes, hűvös, csíkos, hangos, érett, illatos, édes, lédús, nehéz, nagy, száraz farokkal...

A lista folytatódik, de valószínűleg már sejtette, hogy görögdinnyéről beszélünk. A legváltozatosabb információkat adják róla: szín, illat, íz, sőt hang is... Nyilván sokkal több van belőle, mint amennyi a probléma megoldásához szükséges. Próbálja meg a felsorolt ​​jelek és tulajdonságok közül kiválasztani azt a minimumot, amely lehetővé teszi az objektum pontos azonosítását. Az orosz folklórban régóta találtak megoldást: – Maga a skarlát, cukor, zöld kaftán, bársony.

Ha az információt a művésznek szánták egy csendélet megfestésére, akkor a tárgy következő tulajdonságaira korlátozódhat: kerek, nagy, zöld, csíkos. Az édesszájú étvágy előidézésére más tulajdonságokat választanak: érett, lédús, illatos, édes. Aki sárgadinnyét választ, annak a következő modellt ajánlhatja: nagy, hangos, száraz farokkal.

Ez a példa azt mutatja, hogy az információnak nem kell soknak lennie. Fontos, hogy „a kérdés érdemén” legyen, azaz összhangban legyen a felhasználás céljával.

Például az iskolában a tanulók megismerkednek a vérkeringés információs modelljével. Ez az információ elegendő egy iskolásnak, de nem elegendő azoknak, akik érműtéteket végeznek a kórházakban.

Az információs modellek nagyon fontos szerepet játszanak az emberi életben.

Az iskolában megszerzett tudás egy információs modell formájában valósul meg, amely tárgyak és jelenségek tanulmányozására szolgál.

Történelem leckék lehetővé teszi a társadalom fejlődésének modelljének felépítését, ennek ismerete pedig lehetővé teszi saját életének felépítését, akár megismételve, akár az ősök hibáit, vagy figyelembe véve azokat.

A földrajz órák információkat kap a földrajzi objektumokról: hegyekről, folyókról, országokról stb. Ezek is információs modellek. A földrajzórákon tanítottak nagy részét soha nem fogod látni a valóságban.

A kémia órákat a különböző anyagok tulajdonságairól és kölcsönhatásuk törvényszerűségeiről szóló információkat kísérletek támasztják alá, amelyek nem mások, mint a kémiai folyamatok valós modelljei.

Az információs modell soha nem jellemez teljesen egy objektumot. Ugyanahhoz az objektumhoz különböző információs modelleket készíthet.

Válasszunk modellezéshez egy ilyen tárgyat, mint az "ember". Egy személyt különböző nézőpontokból lehet tekinteni: külön egyéniségnek és általában személynek.

Ha egy konkrét személyt tartunk szem előtt, akkor a táblázatban bemutatott modelleket készíthetünk. 1-3. Kérd meg a tanulókat, hogy nevezzenek el a táblázatokban bemutatott információs modelleket (prezentáció TV képernyőn, 8. dia).

Asztal 1. Diákinformációs modell

2. táblázat Az iskolai orvosi szoba látogatójának információs modellje

3. táblázat Vállalati alkalmazott információs modellje

Fontolja meg és egyéb példák különböző információs modellek ugyanarra az objektumra.

A bűncselekmény számos tanúja sokféle információt közölt a feltételezett támadóval kapcsolatban – ezek az információs modelljeik. A rendőri képviselő az információáramlásból válassza ki a legjelentősebbet, amely segít megtalálni a bűnözőt és őrizetbe venni. A törvény képviselőjének több információs modellje is lehet egy banditáról. A vállalkozás sikere azon múlik, hogy mennyire helyesen választják ki a lényeges tulajdonságokat, és mennyire vessétek el a kisebbeket.

Az információs modell létrehozásakor a legjelentősebb információ kiválasztását és annak összetettségét a modellezés célja határozza meg.

Az információs modell felépítése a modellfejlesztési szakasz kiindulópontja. Az elemzés során kiválasztott objektumok összes bemeneti paramétere csökkenő szignifikancia-sorrendbe kerül, és a modellezési célnak megfelelően egyszerűsödik a modell.

2. Ikonikus modell

A modellezési folyamat megkezdése előtt az ember papíron előzetes rajzokat vagy diagramokat készít, számítási képleteket állít le, azaz információs modellt állít össze az egyikben vagy a másikban. ikonikus forma, amely lehet számítógépes vagy nem számítógépes.

számítógépes modell

Tab. egy

Modellek és szimuláció

A modelleket és a modellezést az emberiség régóta használja. A modellek és a modellkapcsolatok segítségével fejlődött a beszélt nyelv, az írás, a grafika. Őseink sziklafaragványai, majd festményei és könyvei a környező világgal kapcsolatos ismeretek átadásának minta-, információs formái a következő generációknak.

Mi az a modell?

Nyissunk egy nagyot enciklopédikus szótár- ennek a szónak legalább nyolc "definíciója" van. Mi a közös a játékhajóban és a számítógép képernyőjén látható, összetett matematikai absztrakciót ábrázoló rajzban? És mégis van valami közös: mindkét esetben valóságos tárgyról vagy jelenségről van képünk "helyettes" néhány "eredeti" bizonyos bizonyossággal vagy részletességgel reprodukálva azt. Vagy ugyanez más szavakkal: a modell egy tárgynak a tényleges létezésének formájától eltérő formában való megjelenítése.

Modell definíció:

A modell olyan anyagi vagy mentálisan ábrázolt tárgy, amely a tanulmányozás során felváltja az eredeti tárgyat, megőrizve annak néhány, a jelen tanulmány szempontjából fontos jellemző tulajdonságát.

Vagy mondhatod más szavakkal is: a modell egy valós tárgy, folyamat vagy jelenség leegyszerűsített ábrázolása.

A modell lehetővé teszi, hogy megtanulja, hogyan kell megfelelően irányítani egy objektumot, ha különféle vezérlési lehetőségeket tesztel az objektum modelljén. Valós tárggyal ilyen célból kísérletezni legfeljebb kényelmetlen, és gyakran egyszerűen káros vagy akár lehetetlen is számos ok miatt (a kísérlet hosszú ideig tartó időtartama, a tárgy nemkívánatos és visszafordíthatatlan állapotba kerülésének kockázata stb.)

Következtetés.

A modellre azért van szükség, hogy:

Megérteni, hogyan van elrendezve egy adott tárgy - mi a szerkezete, alapvető tulajdonságai, a fejlődés törvényei és a külvilággal való interakció;

Tanuljon meg egy objektumot vagy folyamatot kezelni és meghatározni legjobb módjai menedzsment adott célokkal és kritériumokkal (optimalizálás);

Megjósolni a meghatározott módszerek és hatásformák megvalósításának az objektumra gyakorolt ​​közvetlen és közvetett következményeit;

Magát a jelenséget egyetlen modell sem helyettesítheti, de egy probléma megoldása során, amikor a vizsgált folyamat vagy jelenség egy bizonyos tulajdonsága érdekel bennünket, a modell hasznosnak bizonyul, és olykor a kutatás, tudás egyetlen eszköze is.

A modell felépítésének folyamatát más szóval modellezésnek nevezik, A modellezés az eredeti szerkezetének és tulajdonságainak tanulmányozása egy modell segítségével.

A modellezési technológia megköveteli, hogy a kutató képes legyen problémákat és feladatokat felállítani, megjósolni a vizsgálat eredményeit, ésszerű becsléseket készíteni, kiemelni a modellépítés fő és másodlagos tényezőit, választani analógiákat és matematikai megfogalmazásokat, megoldani a problémákat. számítógépes rendszerek, számítógépes kísérletek elemzésére.

A modellezési készségek nagyon fontosak az ember életében. Segítenek intelligensen megtervezni a napi rutint, tanulást, munkát, kiválasztani a legjobb lehetőségeket, ha van választási lehetősége, és sikeresen megoldani a különböző élethelyzeteket.

anyagi (fizikai)Modellezésnek szokás nevezni, amelyben egy valós tárgyat állítanak szembe a felnagyított vagy kicsinyített másolatával, amely lehetővé teszi a kutatást (általában laboratóriumi körülmények között) a vizsgált folyamatok és jelenségek tulajdonságainak utólagos átvitele segítségével. modellt objektumra a hasonlóság elmélete alapján.Példák: csillagászatban - planetárium, építészetben - épületmodellek, repülőgépgyártásban - repülőgépmodellek stb.

Az ideális modellezés alapvetően különbözik a tárgyi (anyagi) modellezéstől.

Tökéletes modellezés -nem a tárgy és a modell anyagi analógiáján, hanem az ideális, elképzelhető hasonlatán alapul.

ikonszerű modellezés – ez egy szimuláció, amely valamilyen jeltranszformációt használ modellként: diagramokat, grafikonokat, rajzokat, képleteket, szimbólumkészleteket.

Matematikai modellezés- ez egy szimuláció, amelyben egy objektum tanulmányozása a matematika nyelvén megfogalmazott modellen keresztül történik: a newtoni mechanika törvényeinek leírása és tanulmányozása matematikai képletek segítségével.

A modellezési folyamat a következő lépésekből áll:

A modellezési folyamat fő feladata az eredetinek leginkább megfelelő modell kiválasztása és a vizsgálat eredményeinek az eredetire való átvitele. Van elég gyakori módszerekés modellezési módszerek.