Методическая разработка на тему: «Информационные модели»

Государственное казённое профессиональное образовательное учреждение
Прокопьевский горнотехнический техникум им. В.П. Романова












Методическая разработка


Информационные модели





Автор:
Преподаватель комиссии
«Информатики и вычислительной техники»
Шельпацкая О.В.















г. Прокопьевск, 2016
Пояснительная записка

Данная методическая разработка представлена для учащихся 9 классов. Изучение базового курса информатики преследует две цели: общеобразовательную и прикладную. Общеобразовательная цель заключается в освоении учащимися фундаментальных понятий современной информатики, формировании у них навыков алгоритмического мышления, понимания компьютера как современного средства обработки информации. Понятия «модель», «информация», «исполнитель», «алгоритм», «структура» являются фундаментальными понятиями базового курса информатики.
Одной из особенностей этой темы является практическое использование практически всех фундаментальных понятий информатики, изученных ранее:
информация и информационный процесс;
сведения о компьютере как универсальной машине для обработки информации;
исполнитель, система команд, среда (элементы среды и её состояние), реакция исполнителей на ошибки;
алгоритм и его основные свойства, программа и ее исполнение;
сведения о величинах (имя, тип, вид, значение величины, изменение значений величин в процессе исполнения алгоритма);
сведения о структуре данных (массивы, литерные величины);
способы организации хранения данных (базы данных и СУБД, записи).
Учащиеся должны знать:
что такое модель и моделирование;
классификацию моделей;
этапы моделирования;
что такое информационная модель и ее свойства.
основные свойства информационных моделей;
типовые приемы формализации информации;
правила использования конструкции Исполнитель для алгоритмического оформления информационной модели;
суть метода последовательного уточнения с использованием исполнителей.

Учащиеся должны уметь:
различать типы моделей;
составлять простейшие вербальные модели;
классифицировать информационные модели;
ориентироваться в этапах моделирования.
строить простейшие информационные модели;
выделять существенную информацию для построения простейших информационных моделей.

Тематическое планирование:


№ урока
Тип урока
Количество часов


1

Лекционный
1

2
Фронтальная лабораторная работа
1

3
Самостоятельная работа

1

4
Контрольная работа
1


Список используемой литературы:
Семакин А.В. Информатика. М.:1999.-345с.













Лекционный урок


Компьютерное информационное моделирование

Информационные 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. Примерами материальных моделей являются: глобус – модель Земли; манекен – модель человеческого тела; модели самолетов, кораблей, ракет, автомобилей; макет застройки жилого района в городе и многое другое. Предметом изучения информатики являются информационные модели.
В информационной модели отражаются знания человека об объекте моделирования. Информационная модель – это, в той или иной форме, описание объекта моделирования.
Объектом информационного моделирования может быть все, что угодно: отдельные предметы (дерево, стол); физические, химические, биологические процессы (течение воды в трубе, получение серной кислоты, фотосинтез в листьях растений); метеорологические явления (гроза, смерч); экономические и социальные процессы (динамика цен акций на бирже, миграция населения).

Можно сказать, что информационным моделированием занимается любая наука, поскольку задача науки состоит в получении знаний, а наши знания о действительности всегда носят приближенный, то есть модельный характер. С развитием науки эти знания уточняются, углубляются, но все равно остаются приближенными. Старые модели заменяются на новые, более точные, и этот процесс бесконечен.
Физика создает физические модели объектов и процессов, химия – химические; экономика и социология – социально-экономические и т.д. Информатика занимается общими методами и средствами создания и использования информационных моделей.

Что такое компьютерная информационная модель?

Основным инструментом современной информатики является компьютер. Поэтому информационное моделирование в информатике – это компьютерное моделирование, применимое к различным предметным областям. Компьютер позволил ученым работать с такими информационными моделями, работа с которыми невозможна в докомпьютерные времена. Например, метеорологи могли и сто лет написать уравнения для расчета прогноза погоды на завтра. Но решить их «ручным способом» невозможно (или на это потребовалось бы много лет). И лишь с помощью компьютера появилась возможность рассчитать прогноз погоды прежде, чем наступит завтрашний день.
Чаще всего информационное моделирование используется для прогнозирования поведения объекта моделирования, для принятия управляющих решений. Характерной особенностью компьютерных информационных моделей является возможность их использования в режиме реального времени, то есть с соблюдением временных ограничений на получение результата.
Построение информационной модели начинается с системного анализа объекта моделирования. Понятие «системный анализ» возникло полвека назад в недрах кибернетики.
Представим себе быстро растущую фирму, руководство которой столкнулось с проблемой снижения эффективности работы фирмы по мере ее роста и решило упорядочить управленческую деятельность. Первое, что будет сделано на этом пути – системный анализ деятельности фирмы. Специалисты, выполняющие такую работу, называются системными аналитиками.
Системный аналитик, приглашенный в фирму, должен изучить ее деятельность, выделить участников процесса управления и их деловые взаимоотношения. Системное решение проблемы должно учитывать интересы всех сторон. Объект моделирования анализируется как система. От системного аналитика требуется развитое системное мышление и глубокое проникновение в ту предметную область, к которой относится объект моделирования.
Далее полученное описание модулируемой системы переносится на компьютерные носители. Для этого используется либо готовое программное обеспечение, либо привлекаются программисты для его разработки. В конечном итоге получается компьютерная информационная модель, которая будет использоваться по своему назначению.
Для нашего примера с фирмой компьютерная информационная модель поможет найти оптимальный вариант управления, при котором будет достигнута наивысшая эффективность производства.
Информационная модель базируется на данных, то есть на информации об объекте моделирования. Любой реальный объект обладает бесконечным множеством различных свойств и характеристик. Для создания его информационной модели требуется выделить лишь те свойства и характеристики, которые необходимы с точки зрения цели моделирования. Например, если вы хотите создать модель учебного процесса в вашем классе, то вам потребуются данные об изучаемых предметах, расписании занятий, сведения об оценках учеников, о преподавателях. А если вы захотите смоделировать процесс летнего отдыха (например, коллективную поезду на юг), то вам потребуется совсем другие данные: сроки поездки, маршрут поездки, стоимость билетов и пр. Возможно, что единственными общими данными для этих двух моделей будет список учеников класса.


[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
Это может быть уменьшенная копия архитектурных сооружений, художественных произведений, наглядные пособия в школьном кабинете.
Модели явлений. Для изучения явлений живой природы, для предотвращения катастрофы, для применения природных сил на благо человека создаются модели явлений.
Модели процессов. Это моделирование действий над материальными объектами. Например, это модели экономических, экологических процессов, развития Вселенной, общества.
Для одного и того же объекта может быть создано много моделей. Это зависит от поставленной вами цели исследования. Важную роль при создании модели играют средства и методы, с помощью которых вы собираете информацию о прототипе.
Классификация моделей
По области использования
Учебные (наглядные пособия, тренажеры, обучающие программы)
Опытные (копии проектируемого объекта, например, модель корабля, автомобиля и т.д.)
Научно-технические (создаются для исследования процессов и явлений, например, синхротрон – ускоритель электронов, стенд для проверки телевизоров и т.д.)
Игровые (военные, экономические, спортивные, деловые игры; они репетируют поведение объекта в различных ситуациях)
Имитационные (имитируют реальность, например, эксперимент повторяется, чтобы изучить и оценить последствия действий на реальную обстановку; метод проб и ошибок, например, опыты на мышах с целью испытать новое лекарство, чтобы выявить побочные действия).
С учетом фактора времени и области использования
Статические (одномоментный срез информации об объекте, например, обследование учащихся в стоматологической поликлинике для выявления картины состояния ротовой области на данный момент времени)
Динамические (позволяет увидеть изменения объекта во времени, например, карточку школьника, отражающую изменения, происходящие с его зубами в течение нескольких лет можно считать динамической моделью)
По способу представления:
Материальные (предметные, физические, например, детские игрушки, чучела из птиц, карты по истории, географии, макет ракеты и т.д.)
Информационные (их нельзя потрогать или увидеть воочию, т.к. они строятся только на информации)
Информационная модель – совокупность информации, характеризующая свойства и состояния объекта, процесса, явления, а также взаимосвязь с внешним миром.
Виды информационных моделей
К информационным моделям можно отнести знаковые и вербальные модели.
Вербальные (устные) – полечены в результате раздумий, умозаключений. Например: наше поведение при переходе улицы. Человек анализирует ситуацию на дороге и вырабатывает свою модель поведения. Или музыкальная тема, промелькнувшая в голове у композитора, рифма, пока еще в сознании поэта.
Вербальная модель – информационная модель в мысленной или разговорной форме.
Знаковая модель – информационная модель, выраженная специальными знаками.
Знаковые модели – рисунки, тексты, графики, схемы.
По форме представления можно выделить следующие виды
информационных моделей:
Геометрические
Словесные
Математические
Структурные
Логические
Специальные
Компьютерные
Некомпьютерные
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
Моделирование занимает центральное место в исследовании объекта.
1 этап. Постановка задачи (описание задачи; цель моделирования; анализ объекта – разложение на составляющие)
2 этап. Разработка модели (выясняются свойства, состояния, действия и другие характеристики элементарных объектов в любой форме – устно, в виде схем, таблиц и т.д.)
3 этап. Компьютерный эксперимент (тестирование – процесс проверки правильности модели)
4 этап. Анализ результатов моделирования (принятие решения, вырабатываемое на основе анализа полученных результатов). Этот этап решающий. Вы - или продолжаете или заканчиваете исследования.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
1 этап. Постановка задачи. Как и любая картотека, компьютерная информационная модель должна отвечать интересам определенного пользователя. Поэтому постановка задачи создания информационной модели тесно связана с целями моделирования. Цели:
Хранение информации
Возможность упорядочения данных
Возможность создания различных критериев выбора данных
Представление информации в удобном для пользователя виде
2 этап. Разработка модели
Данные об объекте – сбор сведений об объекте.
Выделение группы исходных данных – структуры информации, достаточной для получения требуемых сведений.
Формирование структуры базы – наиболее простой способ организации БД – реляционный (в виде таблицы).
Создание структура БД – описание полей, соответствующих параметрам объекта или процесса.
Наполнение БД данными.
3 этап. Компьютерный эксперимент (Манипулирование данными в соответствии с поставленной целью с помощью инструментов СУБД). Компьютерный эксперимент включает две стадии: тестирование и проведение эксперимента с реальными данными. Эксперимент завершается выдачей результатов в удобном для анализа и принятия решения виде.
4 этап. Анализ результатов моделирования. Это конечный пункт – принятие решения. Например, можно сделать выводы на основе анализа информации, дополнить базу новыми полями.
Объекты и система объект – это то, о чем идет речь.
Система – это целое, состоящее из элементов, взаимосвязанных между собой.
Пример объекта, который можно рассматривать в качестве системы: человек. Дерево, дом, книга, солнечная система и т.д.
Системы бывают материальные, нематериальные и смешанные Материальные: человек, дом. Нематериальные: математика. Смешанные: школьная система (портфели, учебники, расписание, темы ).
Главное свойство любой системы – принцип эмерджентности. При объединении элементов в систему у системы появляются новые свойства, которыми не обладал ни один из элементов в отдельности. Пример. Самолет – система из метала, пластика, электроники и т.п. главное свойство – способность к полету. Ни одна из составляющих этим свойством не обладает.
Информационная модель объекта – это его описание. Способы описания могут быть разными: вербальными, графические (схема метрополитена, родословное дерево, структура молекул, блок-схема алгоритма ), табличное (таблицы типа «объекты-свойства», «объекты-объекты», вычислительные таблицы), математическое, и др.
Таблицы типа «Объекты – свойства»
Это таблицы, где рассматриваются отдельные объекты (все свойства относятся некоторой группе объектов, а к какому-то одному объекту) и все объекты принадлежат одному классу.






Лабораторная работа
«Построение компьютерной модели»
Пример: Подсчитать, сколько минут и секунд человек прожил на данный день.
1 этап.
Дано: W -количество прожитых полных лет.
М- количество прожитых месяцев.
D -количество дней в последнем со дня рождения месяце.
Найти:
MIN- минуты
SEC - секунды.

2 этап
Формула: MIN= W*365*24*60 + M*30*24*60* + D*24*60
SEC= MIN*60

3 этап
Диалог с пользователем:
Вопросы.
«Введите количество лет»
«Введите количество месяцев»
«Введите количество дней»
Результат:
«Вы прожили ... минут»
«Вы прожили ... секунд»

4 этап
Алгоритм:
1.Ввести количество лет
2.Ввести количество месяцев
3.Ввести количество дней
4.Вычислить по формуле MIN
Вычислить по формуле SEC
Напечатать результат MIN
Напечатать результат SEC


5 этап
Программа:
INPUT «введите количество лет»; W
INPUT «введите количество месяцев»; М
INPUT «введите количество дней»; D
MIN = W*365*24*60 + M*30*24*60 + D*24*60
SEC = MIN*60
PRINT «Вы прожили»; MIN; «минут»
PRINT «Вы прожили»; SEC; «секунд»

6 этап
Набрать программу, запуск - F5, ввод данных (цифра, клавиша ENTER)

7 этап
Анализ результатов. Записать результат и его оценку в тетрадь.

Самостоятельная работа.
Построить компьютерную модель подсчета количества обоев , требуемого на оклейку комнаты размерами А на В.
В рулоне 5кв. м.

Все этапы записать в тетрадь. Программу набрать на ЭВМ.

Простейший пример информационной модели.
Рассмотрим план зрительного кинозала, на котором кассир отмечает уже проданные места. Этот план можно считать моделью кинозала, только некомпьютерной. Построим информационную модель кинозала средствами алгоритмического языка.
Пусть в зале ровно 28 рядов, а в каждом из них 20 мест. Тогда информацию о проданных билетах удобно хранить в прямоугольной таблице:
лог таб продано [1:28, 1:20] | продано [i, j] = да место j ряда i продано
Эту таблицу можно считать простейшей информационной моделью кинозала, предназначенной для продажи билетов. С её помощью легко, например, подсчитать, сколько всего билетов продано. Составим фрагмент алгоритма для подсчета количества проданных билетов.

n :=0
нц для i от 1 до 28 | для каждого ряда
| нц для j от 1 до 20 | для каждого места в ряду
| | если продано [i,j] | если место продано
| | | то n := n + 1 | то учесть его
| | все
| кц
кц
Примечание. Здесь приводятся не полные алгоритмы с заголовками и описаниями, а только их фрагменты. Причины этого будут объяснены на следующем уроке.
Вопрос. Какие задачи можно решать с помощью построенной модели кинозала?




Самостоятельная работа
I вариант
Книги, магнитные носители информации, грампластинки называются какими носителями информации?
архивными
внутренними
полезными
внешними
Оперативными
Каких систем объекта не бывает?
a) материальных
b) смешанных
c) нематериальных
d) несмешанных
Ученик пишет изложение. Какие информационные процессы выполняются учеником?
прием и отправление
прием и обработка
прием, обработка и хранение
прием, хранение, отправление
прием, обработка, хранение, отправление.
Какое свойство не относится к свойствам информации:
а) ценность
b) ясность и понятность
c) актуальность
d) полнота
e) закономерность
Найдите закономерность и дополните цепочку 1,1,2,3,5,8,13,21,...
а) 22
b) 100
c) 34
d) 29
e) 32
Если А=0+1, мама=2+2, то класс-это
а) 9+1
b) 4+1
c) 3+2
d) 2+2
e) 0+1
Носителем информации является:
а) кабель
b) мышь
c) сканер
d) телефон
e) дискета
Источником информации не является:
а) провод
b) блокнот
c) классный журнал
d) записная книжка
e) классная доска
Из предложенных сообщений выбрать декларативную информацию
a) Бит – единица измерения информации
b) А.С. Пушкин – великий русский поэт
c) Что бы найти клад нужно все время идти на север.
d) При умножении простых дробей их числители и знаменатели умножают.
e) Клавиатурный тренажер – это прикладная программа.
Выберите наиболее полный и правильный ответ. Информация – это
Книги, учебники и художественные картины
Музыкальные произведения, тексты, рисунки, таблицы.
Любые сведения о свойствах объекта, явления или процесса, которые человек получает из окружающего мира с помощью органов чувств.
Танцы и художественные картины, тексты.
Звуки, вкусы, образы, чувства, запахи.
11. Выберите наиболее точный ответ. Алгоритм – это понятное и точное предписание исполнителю,
написанное на языке программирования.
состоящее из команд и составленное для решения поставленной задачи на основании исходных данных.
написанное на языке общения людей
представленное в виде блок-схемы
представленное в табличной форме.

12.Алгоритм обладает свойством понятность, если
a) его инструкции понятны для человека.
b) его инструкции написаны без ошибок
c) все его инструкции написаны на разных строках.
d) в нем используются только команды их СКИ
e) его инструкции написаны на разных языках.

13.Можно ли назвать набор следующих команд алгоритмом?
Купить ж/д билет в Москву, Попрыгать на одной ноге 9 раз, Сжечь билет, Сесть в поезд Алматы - Москва, Крикнуть 3 раза «Ура!»
Да, т.к. все команды понятны для человека.
Да, т.к. все команды допустимы для человека.
Нет, т.к. это не решение какой либо задачи.
Да, т.к. исполнитель человек.
Да, т.к. все команды понятны и точны для человека.
14. По способу представления информационные модели бывают:
a) динамические
b) статистические
c) материальные

II вариант

1. Какие бывают виды информационных моделей по форме представления?
a) геометрические
b) алгебраические
c) смешанные
d) совместные
2. Алгоритм обладает точностью, если
результат получается за конечное число шагов.
выполняется численное решение задачи с заданным числом верных знаков.
в конце каждой инструкции ставится точка.
результат вычислений печатается с семью цифрами после запятой.
каждая команда однозначно определяет действие исполнителя.

3. Выберите наиболее правильный ответ. Программа для ЭМВ – это
a) алгоритм решения задачи, записанный на языке программирования.
b) математическая формализация поставленной задачи.
c) раздел информатики, посвященный методам разработки программ управления компьютером.
d) понятное и точное предписание исполнителю выполнить конечную последовательность команд, приводящих от исходных данных к искомому результату.
e) язык, понятный компьютеру.
4. Уровень языка программирования определяет
a) сложность задачи, решение которой можно на нем записать.
b) степень его удаленности от языка процессора и приближенность к естественному языку.
c) название языка.
d) формат команд и код операций.
e) действия, которые должен выполнять процессор.
5. Уровень языка программирования определяет
a) сложность задачи, решение которой можно на нем записать.
b) степень его удаленности от языка процессора и приближенность к естественному языку.
c) название языка.
d) формат команд и код операций.
e) действия, которые должен выполнять процессор.
6.Минимально допустимое расстояние от глаз до экрана ПК составляет:
a) 20 см
b) 30 см
c) 60 см
d) 110 см
e) 90 см
7.Какое свойство не относится к свойствам информации:
а) ценность
b) ясность и понятность
c) актуальность
d) полнота
e) закономерность
8.Носителем информации является:
а) кабель
б) мышь
в) сканер
г) телефон
д) дискета
9.Источником информации не является:
а) провод
б) блокнот
в) классный журнал
г) записная книжка

10. Модем передает информацию в компьютер со скоростью не более 3 Кбайт/сек. Сколько времени потребуется для передачи файла объемом 9 Мбайт:
a) не более 30 мин
b) не менее 8 часов
c) не более 1 часа
d) не менее 27 часов

11. Наименьшее количество двоичных разрядов, необходимое для кодирования букв русского алфавита равно
a) 8
b) 33
c) 6
d) 4
12. Персональный компьютер не заработает если отключить:
a) джойстик
b) видеокарту
c) модем
d) графопостроитель
13. Операционная система
a) входит в состав обязательного оборудования персонального компьютера
b) это универсальное программное обеспечение, которое годится для любого персонального компьютера
c) это совокупность программ используемых для диагностики компьютера
d) это совокупность программ, обеспечивающих выполнение программ пользователя
14. Каких способов описания информационных моделей не бывает?
a) табличных
b) графических
c) геометрических
d) вербальных














Контрольная работа
I вариант
1. Какая информация называется формализованной?
2. Почему компьютер обрабатывает только формализованную информацию?
3. Что называется информационной моделью?
4. Что представляет собой информационная модель в алгоритмическом языке?
5. Может ли одному объекту соответствовать одна модель? несколько разных моделей? От чего это зависит?
6. Можно ли одну и ту же информацию формализовать разными способами? Если можно, то приведите примеры.
7. Что означает обобщение модели?
8. Для чего проводят обобщение модели?
9. Какие величины называют общими (глобальными)?
10.Какая конструкция алгоритмического языка называется исполнителем?
11. Построить таблицу типа «объекты- свойства» по следующим данным: Столица, площадь, население и форма правления некоторых стран.
Великобритания. Столица – Лондон, Площадь – 244 тыс.кв.км. Население – 56 млн. чел. Форма правления – королевство.
II вариант
1. Что такое модель? Приведите примеры материальных моделей.
2. Что такое информационная модель?
3. Можно ли карту города назвать информационной моделью? Обоснуйте ответ.
4. Почему многие научные знания можно отнести к информационным моделям?
5. Какова роль информатики в информационном моделировании?
6. В чем преимущество компьютерных информационных моделей перед теоретическими?
7. В чем состоит задача системного анализа?
8. Какие данные вы включили бы в информационные модели следующих объектов и процессов:
обед в школьной столовой;
ремонт квартиры;
пассажир поезда;
дом, в котором вы живете?
9. Перечислите способы описания информационных моделей
10. Какие бывают виды информационных моделей по форме представления?
11. Построить таблицу типа «объекты- свойства» по следующим данным: Столица, площадь, население и форма правления некоторых стран.
Франции. Столица – Париж. Площадь– 552 тыс.кв.км. Население – 52 млн. чел. Форма правления – республика.

Критерии оценок
11 вопросов – оценка 5
10-9 вопросов – оценка 4
8-6 вопросов – оценка 3
Менее 6 вопросов – оценка 2




















13PAGE 15


13PAGE 14215





Приложенные файлы

  • doc Modeli
    Размер файла: 117 kB Загрузок: 3