Классификация моделей icon

Классификация моделей



НазваКлассификация моделей
Дата конвертації14.06.2013
Розмір134.93 Kb.
ТипУрок
джерело

Урок № 9 - 10 .

КЛАССИФИКАЦИЯ МОДЕЛЕЙ


Цель урока – изучить различные классификации моделей, созданные по разным основаниям.

Изучив эту тему вы узнаете:

  • Что может служить основанием для классификации мо­делей;

  • как классифицируются модели па области использова­ния;

  • как классифицируются модели по способу представле­ния;

  • каковы формы представления информационных моделей;

  • что такое компьютерная модель.



Виды классификации моделей


В теме основы классификации вы познакомились с основными принципами классифика­ции. Для моделей можно составить различные виды классификаций в зависимости от выбранного основания. Таким основанием служат один или несколько признаков, общих для некоторых групп моделей. Рассмотрим несколько наиболее распространенных видов классифи­кации, определяемых следующими признаками:

  • областью использования;

  • учетом в модели временного фактора (динамики);

  • отраслью знаний;

  • способом представления моделей.

Если рассматривать модели с позиции «для чего», «с какой целью» они используются, то можно использовать классификацию, изобра­женную на схеме:




^ Учебные модели используются при обучении. Это могут наглядные пособия, различные, различные тренажеры, обучающие программы.

Опытные модели это уменьшенные или увеличенные копии проектируемого объекта. Они используются для исследования объек­та и прогнозирования его будущих характеристик. Например, модель корабля исследуется в бассейне для изучения устойчивости судна при качке, модель автомобиля «продувается» в аэродинамической трубе с целью исследования обтекаемости кузова, модель сооружения ис­пользуется для привязки здания к конкретной местности, модель гидросооружений (водохранилищ, гидростанций) помогает на стадии их разработки решить разнообразные технические, экологические и другие проблемы,

^ Научно-технические модели создаются для исследования процес­сов и явлений. К этим моделям можно отвести и синхротрон - ускоритель электронов, и прибор для получения грозового электри­ческого разряда, и стенд для проверки телевизоров.

^ Игровые модели — это военные, экономические, спортивные, де­ловые игры. Эти модели как бы репетируют поведение объекта в раз­личных ситуациях, проигрывая их с учетом возможной реакции со стороны конкурента союзника или противника. С помощью игро­вых моделей можно оказывать психологическую помощь больным, разрешать конфликтные ситуации.

^ Имитационные модели не просто отражают реальность с той или иной степенью точности, а имитируют ее. Эксперименты с моделью проводятся при разных исходных данных. По результатам исследований делаются выводы. Такой метод подбора правильного решения получил название метода проб и ошибок. Например, для выявления побочных действий лекарственных препаратов их испытывают в се­рии опытов на животных.

Другим примером имитационного моделирования может служить экспериментальная деятельность в школах. Предположим, в обуче­ние хотят ввести новый предмет «Основы вождения». Для экспери­мента отбирается ряд школ. Где-то учат водить школьный грузовик, где-то — собранный учащимися легковой автомобиль, а в некоторых школах все сводится к изучению правил дорожного движения (мо­делирование с различными входными данными). Последующая про­верка и анализ результатов по внедрению нового предмета во множестве школ помогает сделать вывод о целесообразности обучения этой дисциплине во всех школах страны.

Как уже упоминалось, одна из классификаций свя­зана с фактором времени. Модели можно разделить на статические и динамичес­кие по тому, как отражается в них динамика происходя­щих процессов. Посмотрите на схему:




^ Статическая модель — это единовременный срез информации по данному объекту. Например, обследование учащими в стоматологической поликлинике дает состояние их зубов на данный момент времени: соотношение молочных и постоянных, наличие пломб, дефектов и т. п.

^ Динамическая модель представляет картину изменения объекта во времени. В примере с поликлиникой медицинскую карту ученика отражающую изменение состояния его зубов в течение многих лет, можно считать динамической моделью.

При строительстве дома рассчитывают прочность его фундамента, стен, балок и устойчивость их к постоянной нагрузке. Это статическая модель здания. Но надо также обеспечить противодействие ветрам, движению грунтовых вод, сейсмическим колебаниям и другим изменяющимся во времени факторам. Эти вопросы можно решить с помощью динамических моделей.

Как видно из примеров, один и тот же объект можно охарактеризовать и статической, и динамической моделью.

Можно классифицировать модели и по тому, «к какой отрасли» знаний или деятельности человека они относятся (биологические, социологические, экономические, исторические и т. п.) и по мно­жеству других факторов.

^

КЛАССИФИКАЦИЯ МОДЕЛЕЙ ПО СПОСОБУ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ


Подробнее рассмотрим классификацию всего многообразия моделей по способу представления. Схема такой классификаций изображена на схеме:




В соответствии с ней модели делятся на две большие Группы: материальные и абстрактные (нематериальные). Эти две группы как бы характеризуют то, «из чего сделаны модели». И материальная, и абстрактная модели содержат информацию об исходном объекте. Только в случае материальной модели эта информация имеет реаль­ное воплощение - цвет, форму, пропорции и т.п. Ее можно по­лучить с помощью органов чувств: зрения, осязания, обоняния, а также воспользовавшись измерительными приборами и инструментами. В Нематериальной модели та же информация представляется в абст­рактной форме (мысль, формула, чертеж, схеме).

Материальная и абстрактная модели могут отражать один итог же прототип и взаимно до­полнять друг друга. Некоторые из вас видели в цирке эффектный номер с мотоциклистом, движущимся с большой скоростью по отвесной стене. В аттракционе «Сюрпризов» парке куль­туры и отдыха кабинки С Людьми вращаются на большой скорости в вертикальной плоскости. Причина, почему удерживается мотоциклист и не выпадают из кабинок люди, объясняется центробежными силами, дейст­вующими на каждый объект при вращении. Их можно изобразить на чертеже и описать формулами. Это различные абстрактные фор­мы представления информации. Не каждому они понятны. Однако этот процесс можно продемонстрировать и на примере простей­шего опыта. Возьмите ведро с водой и раскрутите его. Вода не выливается благодаря действию тех же сил. Этот наглядно убеждает, что, действительно, возникают какие-то силы при вращении. На аттракционе вы имеете возможность почувствовать их на себе. Так материальная модель помогает понять суть сложного физического процесса.

Приведем еще один пример. Модель маятника в виде камушка, подвешенного на нити, наглядно показывает, что при колебаниях плоскость движения остается неизменной. Это — материальная мо­дель. С другой стороны, неизменность плоскости можно доказать на основа­нии 2-го закона Ньютона, рассматривая силы действующие на маятник. Это аб­страктная модель. И в том и в другом варианте объектом изучения является ма­ятник. В первом случае моделируется и сам объект «маятник», и его действие — колебание, а во втором — абстрактная модель описывает только действия.

Кстати, с помощью той же материаль­ной модели можно продемонстрировать еще один процесс – вращение Земли. В недавнем прошлом в Исаакиевском со­боре Ленинграда висел маятник Фуко, на полу был нанесен своеобразный циферблат. Плоскость движения маятника не менялась, а ци­ферблат вращался вместе с Землей. Через некоторое время можно было заметить смещение делений циферблата по отношению к маятнику.

^ Материальные модели

Материальные модели иначе можно назвать предметными, физичес­кими. Они всегда имеют реальное воплощение. Такие модели Могут отражать:

  • внешние свойства исходных объектов;

  • внутреннее устройство исходных объектов;

  • суть процессов я явлений, происходящих с объектами-оригина­лами.

Самыми простыми примерами мате­риальных моделей являются детские иг­рушки. По ним ребенок узнает внешние свойства окружающих объектов. Разби­рая некоторые игрушки в процессе игры (например, машинку), он получает первое представление об устройстве исход­ного объекта и даже о принципах его ра­боты.

Процессы, в которых участвует реальный объект, в материальной модели могут быть заменены процессами другой физической приро­ды. Например, в той же детской машинке процесс движения обеспе­чивается не работой двигателя внутреннего сгорания, а закрученной пружиной или инерционным механизмом. Но при этом принцип пре­образования вращательного движения колес в поступательное движе­ние автомобиля соблюдается.

Материальные модели могут не походить на свои прототипы. На­пример, робот, заменяющий людей на тяжелом и вредном производ­стве, совершенно не похож на человека. Это механическое устройство, манипулятор. Только в детских книжках и мультфильмах робота представляют как механического человека.

Так как материальные модели помогают узнать свойства реальных объектов и понять «механизм» сложных явлений, они часто используются в процессе обучения. Материальными моделями являются скелет человека и чучело птицы в кабинете биологии, объёмная мо­дель Солнечной системы и макет многоступенчатой ракеты в каби­нете астрономии, наклонная плоскость с шарами в кабинете физики и т.д.

К материальным моделям относятся не только школьные пособия, но и различные физические и химические опыты. В опытах моделируется действия над объектами, например реакция (действие) меж­ду водородом и кислородом (веществами, объектами исследования). Эта реакция даже при малых количествах исходных веществ проис­ходит с оглушительным хлопком. Модель является предупреждени­ем о последствиях возникновения «гремучей смеси» из безобидных и широко распространенных в природе веществ.

Создание и использование материальных моделей относится к экспериментальному методу познания окружающего мире.

^ Абстрактные (нематериальные) модели

Абстрактные модели нельзя потрогать, они не имеют вещественного воплощения. Основу таких моделей составляет Информация, а такой тип моделирования реализует теорети­ческий метод познания окружаю­щей действительности.

Основанием для дальнейшей клас­сификации абстрактных моделей вы­берем возможность их реализации и исследования при помощи компью­тера. По этому признаку выделяются следующие подклассы:

  • мысленные и вербальные;

  • информационные.

^ Мысленные и вербальные модели

Мысленные модели формируются в воображении человека в результате раздумий, умозаключений, иногда в виде некоторого образа. Примером мысленной модели является модель поведения при переходе через дорогу. Человек анализирует ситуацию на дороге (какой сигнал подает светофор, как далеко находятся машины, с какой скоростью они движутся и т. п.) и вырабатывает модель поведения. Если ситуация смоделирована правильно, то переход будет безопасным, если нет, то может произойти дорожно-транспортное происшествие. Такие модели сопутствуют любой сознательной деятельности человека. Собираясь делать покупки, человек мысленно представляет, что и сколько можно купить на имеющуюся у него сумму. Строя планы на отпуск, он мысленно проигрывает различные варианты отдыха и возможные затраты. Ожидая транспорт на остановке, прикидывает, как быст­рее добраться до нужного места.

К моделям такого типа можно отнести и идею, возникшую у изобретателя, и музыкальную тему, промелькнувшую в мыслях у композитора, и рифму, родившуюся в голове поэта. Во всех приведенных примерах модели предшествовали созданию объекта (нового устройства, музыкального произведений; стихотворения), являлись одним из этапов творческого процесса. По­добные модели могут возникнуть у зрителя, слушателя, читателя как реакция на уже существующие объекты (музыку, картину, поэму). Мысленная модель, может быть выражена в разговорной форме. В этом случае она часто называется вербальной. Вербальную модель человек использует для передачи своих мыслей другим.

^ Информационные модели

Образы, возникающие у разных людей как реакции на одни и те же объекты и явления, могут сильно различаться. Поэтому образная мо­дель очень индивидуальна и не отображает прототип с достаточной степенью достоверности. Невозможно получить впечатление от музы­кального произведения, услышав не музыку, а рассказ о ней.

Чтобы информацию можно было использовать для обработки на компьютере, необходимо выразить ее при помощи системы зна­ков. Кроме того, информацию необходимо представить в такой форме, которая бы отвечала поставленной цели исследования. Такую работу называют формализацией задачи.

Поэтому наряду с вербальными и мысленными моделями используются более строгие — информационные модели.

Существуют разнообразные системы условных обозначений и соглашений, относящихся к разным областям деятельности и пригод­ных для описания моделей. Подобную систему и правила использования ее элементов называют языком. Язык может быть разговор­ным, алгоритмическим, математическим, языком кодирования и пр.

Информация, характеризующая объект или процесс, может иметь разную форму представления, вы­ражаться различными средствами. По степени формализации, строгости описания это многообразие можно условно разделить на образно-знако­вые и знаковые модели.

Ярким примером образно-знако­вые модели является географиче­ская карта. Цвет и форма материков, океанов, гор, изображенных на карте, сразу подключает образное мышление. По цвету на картах можно сразу оценить рельеф. Например, с голубым цветом у человека ассоциируется вода, с зеленым — цветущий луг, равнина. Карта изобилует условными обозначениями. Зная этот язык, человек может получить достоверную информацию об интересующем его объекте. Информационная модель в этом случае будет результатом осмысле­ния сведений, полученных при помощи органов чувств и информа­ции, закодированной в виде условных изображений.

То же можно сказать о живописи. Неискушенный зритель воспри­мет картину душой, в виде образной модели. Но существуют некото­рые художественные языки, соответствующие различный живопис­ным жанрам и школам: сочетание цветов, характер мазка, способы передачи воздуха, объема и т. д. Человеку, знающему эти условнос­ти, легче разобраться в том, что имел в виду художник, особенно если произведение не относится к реализму. При этом общее восприятие картины (информационная модель) станет результатом осмысления информации как в образной, так и в знаковой формах.

Еще один пример такой модели — фотография. Фотоаппарат по­зволяет получить изображение оригинала. Обычно фотография дает нам довольно точное представление о внешнем облике человека, Су­ществуют некоторые признаки (высота лба, посадка глаз, ферма под­бородка), по которым специалисты могут определить характер чело­века, его склонность к тем или иным поступкам. Это специальный язык формируется из сведений, накопленных в области физиогноми­ки и собственного опыта. Знающие врачи, взглянув на фото незнакомого человека, увидят признаки некоторых заболеваний. Задавшись разными целями, по одной и той же фотографии можно по­лучить различные информационные модели. Они будут результатом обработки образной информации, полученной при разглядывании фотографии, и информации, сложившейся на основе знания специ­ального профессионального языка.

На следующем рисунке представлена образно-знаковая модель расходов города в виде круговой диаграммы.





По форме представления образно-знаковых моделей среди них можно выделить следующие группы:

  • геометрические модели, отображающие внешний вид оригина­ла (рисунок, пиктограмма, чертеж, план, карта, объемное изображение);

  • структурные модели, отображающие строение объектов и свя­зи их параметров (таблица, граф, схема, диаграмма);

  • словесные модели, зафиксированные (описанные) средствами естественного языка;

  • алгоритмические модели, описывающие последовательность действий (нумерованный список, пошаговое перечисление, блок-схема).

Знаковые модели можно разделить на следующие группы:

математические модели, представленные математическими формулами, отображающими связь различных параметров объекта, системы или процесса;

специальные модели, представленные на специальных языках (ноты, химические формулы и т. п.);

алгоритмические модели, представляющее процесс в виде про­граммы, записанной на специальном языке.

^

ИНСТРУМЕНТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ


Многообразие моделей предполагает использование огромного спек­тра инструментов для реализации и описания этих моделей.

Если модель имеет материальную природу, то есть представлена в вещественном воплощения, то для ее создания годятся традицион­ные инструменты: резец скульптора, токарный или фрезерный ста­вок, пресс, пила и топор, наконец.

Если модель имеет абстрактную форму то речь идет о некоторых знаковых системах, позволяющих описать данный тип модели. Это специальные языки, чертежи, схемы, графики, таблицы, алгоритмы, математические выражения и т. п. Здесь может быть использовано два варианта инструментария: либо традиционный набор инженера или конструктора (карандаш, линейка, ручка), либо самый совер­шенный на данный момент инструмент – компьютер. Таким обра­зом, мы подошли еще к одной возможности классификации. Инфор­мационных моделей: по способу реализации они подразделяются на компьютерные и некомпьютерные модели.




Когда речь идет об инструменте-компьютере, то следует понимать, что он работает с информацией. Поэтому нужно исходить из того, какую информацию и в каком виде может воспринимать и обра­батывать компьютер. Современ­ный компьютер способен работать с текстом, графикой, схемами, таблицами, звуком, видеоизобра­жением и т. д. Но для работы во всем этим многообразием информации нужна как техническая (аппаратная), так и программная поддержка. Эти две составляющие и являются инструментами компьютерного моделирования.

Прикладные программные среды используются человеком как эф­фективное вспомогательное средство для реализации собственных за­мыслов. Иначе говоря, человек уже знает, какова будет модель, и использует компьютер для придания ей знаковой формы. Например, для построения геометрических моделей, схем используются графи­ческие среды. Текстовые процессоры обладают широкими возможностями оформления знаковых моделей. Это и встроенная деловая графика, и наборы автофигур, и программные приложения, позволяющие включать в описание формулы, таблицы, электронные схемы, диаграммы и т.п.

Другие программное среды человек использует как средство обработки исходной информации и анализа результатов, Здесь компьютер выступает как интеллектуальный помощник. В качестве примера такой компьютерной обработки информации ясно привести обработку звука. Для этого используется специализированное программное обеспечение, в частности — музыкальный редактор. Он позволяет не только набирать нотный текст и распеча­тать его, но и выполнять аранжировку и прослушивать произведение. Другие программы позволяют соединять цифровую запись, голоса певца со звуковой моделью мелодии, а .также синтезировать (моделировать) человеческий голос, разной высоты и тембра (тенор, драматический бас и т.п.) Существуют программы, с помощью которых компьютер может создавать композиции самостоятельно в соответствии введенными соглашениями: ритмом, темпом, музыкальным стилем и т.п.

Обработку больших объемов информации можно осуществлять в среде баз данных. Если же вы собираетесь исследовать математическую модель, то вам не подойдут среды ни графического, ни музыкального редакторов, ни базы данных, ни текстового процессора. Мощным инструментом исследования таких моделей является среда табличного процессора. В этой среде исходная информационная знаковая модель будет представлена в табличной форме, связывающей элементарные объекты по правилам построения связей в этой среде.

Другим эффективным средством исследования математических моделей, а также построения геометрических моделей является среда программирования. Компьютерная модель будет представлена в форме программы.
^

контрольные вопросы и задания


  1. По каким признакам можно классифицировать модели?

  2. Приведите примеры применяемых в вашей школе учебных моделей.

  3. Можно ли стратегическую компьютерную игру назвать игровой мо­делью? Чему учат такие игры?

  4. По какому признаку модели делятся на статические и динамические?

  5. Что такое материальные модели? Приведите примеры.

  6. Что такое информационные модели? Из чего они «сделаны»?

  7. Школьные учебники, истории содержат схемы военных сражений. Можно ли их назвать моделями? К какому типу моделей их можно отнести?

  8. Что такое математическая модель? Приведите примеры.

  9. Можно ли назвать поясняющий чертеж к задаче моделью? Поясните ответ.

  10. Что вы понимает под компьютерной моделью?



Домашнее задание


Записи в тетрадях.



Схожі:

Классификация моделей iconМоделирование геометрических операций и фигур
Цель урока – научить учащихся составлению компьютерных моделей в среде графического редактора Paint и использованию этих моделей...
Классификация моделей iconКлассификация профессий

Классификация моделей icon11 класс № урока
Классификация организмов. Принципы систематики. Современная биологическая система
Классификация моделей iconТема информация и информационные процессы (14 ч.)
Программные средства создания информационных объектов. Классификация и установка программ
Классификация моделей iconКлассификация овощей
Овощ — кулинарный термин, обозначающий съедобную часть (например, плод или клубень) растения
Классификация моделей iconКлассификация спектров
Рассмотри внимательно картинки и найди различие между дисперсионным и дифракционным спектрами. Напиши об этом в рабочей тетради
Классификация моделей iconМетодическая разработка учебного занятия
Оксиды. Их классификация. Свойства. Применение в быту и промышленности. Оксиды в природе
Классификация моделей iconПримерный перечень(вторая аттестация)
Знаки соответствия и знаки качества: понятие, классификация в зависимости от сферы применения
Классификация моделей iconОрганическая химия. Основные положения теории строения органических соединений А. М. Бутлерова. Классификация органических соединений. Гомологический ряд алканов. Изомерия и изомеры

Классификация моделей iconПедагогічна рада Інновації в освіті
Успішність учнів та її залежність від вибору моделей, методів та технологій навчання
Додайте кнопку на своєму сайті:
Документи


База даних захищена авторським правом ©lib.znaimo.com.ua 2000-2014
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації
Документи