Обучение построению и использованию компьютерных моделей в базовом курсе информатики

Рефераты / Педагогика / Обучение построению и использованию компьютерных моделей в базовом курсе информатики

Построение компьютерной модели. Моделирование

При построении моделей используют два принципа: дедуктивный (от общего к частному) и индуктивный (от частного к общему).

При первом подходе рассматривается частный случай общеизвестной фундаментальной модели. Здесь при заданных предположениях известная модель приспосабливается к условиям моделируемого объекта. Например, можно построить модел

ь свободно падающего тела на основе известного закона Ньютона ma = mg-Fсопр и в качестве допустимого приближения принять модель равноускоренного движения для малого промежутка времени.

Второй способ предполагает выдвижение гипотез, декомпозицию сложного объекта, анализ, затем синтез. Здесь широко используется подобие, аналогичное моделирование, умозаключение с целью формирования каких-либо закономерностей в виде предположений о поведении системы. Например, подобным способом происходит моделирование строения атома. Вспомним модели Томсона, Резерфорда, Бора.

Технология построения модели при дедуктивном способе:

Теоретический этап:

а) оценки;

б) аналогии;

в) подобие.

Знания, информация об объекте (исходные данные об объекте).

Постановка задачи для целей моделирования.

Выбор модели (математические формулировки, компьютерный дизайн).

Построение и использование компьютерных моделей

Технология построения модели при индуктивном способе:

Эмпирический этап:

а) умозаключение;

б) интуиция;

в) предположения;

г) гипотеза.

Постановка задачи для моделирования.

Оценки. Количественное и качественное описание

Построение модели.

Построение и использование компьютерных моделей

Этапы решения задачи с помощью компьютера (построение модели – формализация модели – построение компьютерной модели – проведение компьютерного эксперимента – интерпретация результата).

Основные этапы разработки и исследования моделей на компьютере

описательная информационная модель

формализованная модель

компьютерная модель

компьютерный эксперимент

Анализ полученных результатов и корректировка исследуемой модели

1 этап – описательная информационная модель: такая модель выделяет существенные (с точки зрения целей проводимого исследования) параметры объекта, а несущественными параметрами пренебрегает

2 этап – Описательная информационная модель записывается с помощью какого-либо формального языка. В такой модели с помощью формул, уравнений, неравенств и пр. фиксируются формальные соотношения между начальными и конечными значениями свойств объектов, а также накладываются ограничения на допустимые значения этих свойств.

3 этап – компьютерная модель

Описательная информационная модель записывается с помощью какого-либо формального языка.

В такой модели с помощью формул, уравнений, неравенств и пр. фиксируются формальные соотношения между начальными и конечными значениями свойств объектов, а также накладываются ограничения на допустимые значения этих свойств.

Пути построения компьютерной модели

Построение алгоритма решения задачи и его кодирование на одном из языков программирования;

Построение компьютерной модели с использованием одного из приложений (электронных таблиц, СУБД и пр.)

4 этап – компьютерный эксперимент

Если компьютерная модель существует в виде программы на одном из языков программирования, её нужно запустить на выполнение и получить результаты.

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

5 этап – анализ полученных результатов и корректировка исследуемой модели

В случае различия результатов, полученных при исследовании информационной модели, с измеряемыми параметрами реальных объектов можно сделать вывод, что на предыдущих этапах построения модели были допущены ошибки или неточности.

Провести корректировку модели.

Метод имитационного моделирования (метод Монте-Карло)

Теоретическая основа метода была известна давно. Однако до появления ЭВМ этот метод не мог найти сколько-нибудь широкого применения, ибо моделировать случайные величины вручную – очень трудоемкая работа.

Само название «Монте-Карло» происходит от города Монте-Карло в княжестве Монако, знаменитого своим игорным домом. Дело в том, что одним из механических приборов для получения случайных величин является рулетка. Для вычисления площади круга единичного радиуса проведем эксперимент.

Рассмотрим практическую задачу.

В качестве примера построения компьютерной модели рассмотрим тему «Определение параметров светофорного регулирования при пропуске транспорта через узкий участок дороги с использованием светофора».

На рис. 1 представлена расчетная схема