Описание презентации по отдельным слайдам:

1 слайд

Описание слайда:

2 слайд

Описание слайда:

Этапы моделирования Постановка цели моделирования. Анализ моделируемого объекта и выделение всех его известных свойств. Анализ выделенных свойств с точки зрения цели моделирования и определение, какие из них следует считать существенными. Выбор формы представления модели. Формализация. Анализ полученной модели на непротиворечивость. Анализ адекватности полученной модели объекту и цели моделирования. Достижение цели моделирования.

3 слайд

Описание слайда:

Для одного и того же объекта при разных целях моделирования существенными будут считаться разные свойства. Существенные признаки бумажной модели самолета – крылья, корпус, их взаимное расположение, умение летать. Для конструктора самолета, строящего компьютерную имитационную модель для проверки надежности конструкции в разных полетных условиях, моделью самолета будет изменение графического изображения и расчетных параметров на экране дисплея при изменении значения входных параметров-переменных. Здесь существенные признаки – закономерность и характер зависимости поведения самолета и его отдельных элементов от воздействующих на него внешних условий.

4 слайд

Описание слайда:

Насколько правильно и полно выделены существенные признаки, зависит соответствие построенной модели заданной цели, то есть ее адекватность цели моделирования. Адекватность предполагает воспроизведение моделью с необходимой полнотой всех характеристик объекта, существенных для цели моделирования. А вот адекватность модели объекту моделирования будет зависеть от того как эти выделенные существенные признаки мы сможем выразить, в какой форме мы их изобразим. Выбор формы представления выделенных признаков объекта моделирования – следующий этап процесса моделирования.

5 слайд

Описание слайда:

Формами представления информационной модели могут быть: словесное описание, таблица, рисунок, схема чертеж, формула, алгоритм, компьютерная программа и т.п.

6 слайд

Описание слайда:

Формализация – приведение (сведение) существенных свойств и признаков объекта к выбранной форме, то есть это процесс построения информационных моделей с помощью формальных языков. Результатом этапа формализации и будет информационная модель. Но прежде чем говорить об окончании процесса моделирования, построенную модель необходимо проверить на непротиворечивость и проанализировать, насколько она адекватна объекту и цели моделирования. Если построенная модель противоречива, то после выявления всех замеченных противоречий их необходимо устранить: исправить чертеж, изменить программу, уточнить формулу и т.д. И вновь проверить уточненную модель на непротиворечивость.

ПОНЯТИЕ МОДЕЛИ
Каждый объект имеет большое количество различных свойств. В процессе
построения модели выделяются главные, наиболее существенные для
проводимого исследования свойства.
Разные науки исследуют объекты и процессы под разными углами зрения и
строят различные типы моделей.
Модель - это некий новый объект, который отражает существенные
особенности изучаемого объекта, явления или процесса.
Один и тот же объект может иметь множество моделей, а разные объекты
могут описываться одной моделью.
Никакая модель не может заменить сам объект. Но при решении конкретной
задачи, когда нас интересуют определенные свойства изучаемого объекта,
модель оказывается полезным, а подчас и единственным инструментом
исследования.

КЛАССИФИКАЦИЯ МОДЕЛЕЙ
по области использования:
Учебные модели – используются при обучении;
Опытные – это уменьшенные или увеличенные копии проектируемого
объекта. Используют для исследования и прогнозирования его будущих
характеристик
Научно - технические - создаются для исследования процессов и явлений
Игровые – репетиция поведения объекта в различных условиях
Имитационные – отражение реальности в той или иной степени (это
метод проб и ошибок)
по фактору времени:
Статические – модели, описывающие состояние системы в
определенный момент времени (единовременный срез информации по
данному объекту). Примеры моделей: классификация животных, строение
молекул, список посаженных деревьев, отчет об обследовании состояния
зубов в школе и тд.
Динамические – модели, описывающие процессы изменения и развития
системы (изменения объекта во времени). Примеры: описание движения
тел, развития организмов, процесс химических реакций.

Классификация моделей по отрасли знаний - это классификация по
отрасли деятельности человека: Математические, биологические,
химические, социальные, экономические, исторические и тд
по форме представления:
Материальные – это предметные (физические) модели. Они всегда имеют
реальное воплощение. Отражают внешнее свойство и внутреннее
устройство исходных объектов, суть процессов и явлений объектаоригинала. Это экспериментальный метод познания окружающей
среды. Примеры: детские игрушки, скелет человека, чучело, макет
солнечной системы, школьные пособия, физические и химические опыты
Абстрактные (нематериальные) – не имеют реального воплощения. Их
основу составляет информация. это теоретический метод познания
окружающей среды. По признаку реализации они бывают:
Мысленные модели формируются в воображении человека в результате
раздумий, умозаключений, иногда в виде некоторого образа. Это модель
сопутствует сознательной деятельности человека.
Вербальные – мысленные модели выраженные в разговорной форме.
Используется для передачи мыслей
Информационные модели – целенаправленно отобранная информация об
объекте, которая отражает наиболее существенные для исследователя
свойств этого объекта.

ЭТАПЫ РАЗРАБОТКИ И ИССЛЕДОВАНИЯ
МОДЕЛЕЙ НА КОМПЬЮТЕРЕ
Использование компьютера для исследования информационных моделей
различных объектов и систем позволяет изучить их изменения в
зависимости от значения тех или иных параметров. Процесс разработки
моделей и их исследование на компьютере можно разделить на несколько
основных этапов.
Описательная информационная модель. На первом этапе исследования
объекта или процесса обычно строится описательная информационная
модель. Такая модель выделяет существенные, с точки зрения целей
проводимого исследования, параметры объекта, а несущественными
параметрами пренебрегает.
Формализованная модель. На втором этапе создается формализованная
модель, т. е. описательная информационная модель записывается с
помощью какого-либо формального языка. В такой модели с помощью
формул, уравнений или неравенств фиксируются формальные соотношения
между начальными и конечными значениями свойств объектов, а также
накладываются ограничения на допустимые значения этих свойств.

Компьютерная модель. На третьем этапе необходимо формализованную
информационную модель преобразовать в компьютерную модель, т. е.
выразить ее на понятном для компьютера языке. Существуют различные
пути построения компьютерных моделей, в том числе:
- создание компьютерной модели в форме проекта на одном из языков
программирования;
- построение компьютерной модели с использованием электронных таблиц
или других приложений.
Компьютерный эксперимент. Если компьютерная модель существует в
виде проекта на одном из языков программирования, ее нужно запустить на
выполнение, ввести исходные данные и получить результаты.
Если компьютерная модель исследуется в приложении, то можно построить
диаграмму или график, провести сортировку и поиск данных или
использовать другие специализированные методы обработки данных.
Анализ полученных результатов и корректировка исследуемой модели.
Пятый этап состоит в анализе полученных результатов и корректировке
исследуемой модели. В случае несоответствия результатов, полученных при
исследовании информационной модели, измеряемым параметрам реальных
объектов можно сделать вывод, что на предыдущих этапах построения
модели были допущены ошибки или неточности.

ТИПЫ ИНФОРМАЦИОННЫХ МОДЕЛЕЙ
Табличные – объекты и их свойства представлены в виде списка, а их
значения размещаются в ячейках прямоугольной формы. Перечень
однотипных объектов размещен в первом столбце (или строке), а значения
их свойств размещаются в следующих столбцах (или строках)
Иерархические – объекты распределены по уровням. Каждый элемент
высокого уровня состоит из элементов нижнего уровня, а элемент нижнего
уровня может входить в состав только одного элемента более высокого
уровня
Сетевые – применяют для отражения систем, в которых связи между
элементами имеют сложную структуру

По степени формализации информационные модели бывают образнознаковые и знаковые.
Образно-знаковые модели:
Геометрические (рисунок, пиктограмма, чертеж, карта, план, объемное
изображение)
Структурные (таблица, граф, схема, диаграмма)
Словесные (описание естественными языками)
Алгоритмические (нумерованный список, пошаговое перечисление, блоксхема)
Знаковые модели:
Математические – представлены матем.формулами, отображающими
связь параметров
Специальные – представлены на спец. языках (ноты, хим.формулы)
Алгоритмические – программы

АНАЛИЗ И ОПТИМИЗАЦИЯ
ИНФОРМАЦИОННОЙ МОДЕЛИ
В случае несоответствия результатов, полученных при исследовании
информационной модели, измеряемым параметрам реальных объектов можно сделать
вывод, что на предыдущих этапах построения модели были допущены ошибки или
неточности.
Например, при построении описательной качественной модели могут быть
неправильно отобраны существенные свойства объектов в процессе формализации
могут быть допущены ошибки в формулах и т. д. В этих случаях необходимо
провести корректировку модели, причем уточнение модели может проводиться
многократно, пока анализ результатов не покажет их соответствие изучаемому
объекту.

начать работать. Времени для машинных операций потребуется приблизительно
столько же, сколько для ручного перемножения заданных чисел на бумаге.
Рассмотренный пример показывает суть трудностей, встающих при применении
ЭВМ: малая скорость ввода исходных данных может свести на нет огромную
скорость вычислений. Эти трудности привели в свое время к тому, что ЭВМ
использовались в основном лишь для решения отдельных сложных научнотехнических задач.
Экономические и другие задачи управления, решаемые в АСУ, отличаются
гораздо большим количеством исходных данных. Поэтому попытка использования
ЭВМ в режиме решения отдельных задач в применении к управлению приводит к
крайне неэффективному использованию машин. По-настоящему эффективной
комплексная автоматизация процессов управления на всех уровнях народного
хозяйства может быть лишь в том случае, когда экономические механизмы и
организационные формы управления (в первую очередь документооборот, а также
формы учета, материальной заинтересованности и др.) приводятся в соответствие
с новыми огромными возможностями, которые дает современная электронная
вычислительная техника.

Урок информатики "Основные этапы разработки и исследования моделей на компьютере"

Цель урока: организовать совместную учебную деятельность для формирования и развития исследовательских навыков учащихся; создать условия для освоения технологии моделирования.

Должны знать: основные этапы разработки и исследования моделей на компьютере.

Должны уметь: построить модель объекта или процесса согласно поставленной цели.

План работы

Орг.момент

Проверочная работа Приложение2 (тест)

Объяснение новой темы. (презентация +омс)

Использование компьютера для исследования информационных моделей различных объектов и систем позволяет изучить их изменения в зависимости от значения тех или иных параметров. Процесс разработки моделей и их исследования на компьютере можно разделить на несколько основных этапов.

На первом этапе исследования объекта или процесса обычно строится описательная информационная модель . Такая модель выделяет существенные с точки зрения целей проводимого исследования параметры объекта, а несущественными параметрами пренебрегает.

На втором этапе создается формализованная модель, то есть 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.

Однако далеко не всегда удается найти формулы, явно выражающие искомые величины через исходные данные. В таких случаях используются приближенные математические методы, позволяющие получать результаты с заданной точностью.

На третьем этапе необходимо формализованную информационную модель преобразовать в компьютерную модель , то есть выразить ее на понятном для компьютера языке. Существуют два принципиально различных пути построения компьютерной модели:

1) построение алгоритма решения задачи и его кодирование на одном из языков программирования;
2) построение компьютерной модели с использованием одного из приложений (электронных таблиц, СУБД и пр.).

В процессе создания компьютерной модели полезно разработать удобный графический интерфейс, который позволит визуализировать формальную модель, а также реализовать интерактивный диалог человека с компьютером на этапе исследования модели.

Четвертый этап исследования информационной модели состоит в проведении компьютерного эксперимента. Если компьютерная модель существует в виде программы на одном из языков программирования, ее 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 и так далее.

Пятый этап состоит в анализе полученных результатов и корректировке 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. Например, при построении описательной качественной моделимогут быть неправильно отобраны существенные свойства объектов, в процессе формализации могут быть допущены ошибки в формулах и так далее. В этих случаях необходимо провести корректировку модели, причем уточнение модели может проводиться многократно, пока анализ результатов не покажет их соответствие изучаемому объекту.

Вопросы для размышления

1. В каких случаях могут быть опущены отдельные этапы построения и исследования модели? Приведите примеры создания моделей в процессе обучения.

4. Физкульт. минутка

5. Практическая работа(раздаточный материал)

На сегодняшнем уроке я предлагаю вам построить компьютерную модель модель объекта с заданными геометрическими свойствами.

Итог урока

«Лабораторная работа моделирование»

“Моделирование в среде графического редактора”

Цель: закрепить у учащихся работу с фрагментом рисунка (копирование, вставка, поворот, удаление).

Задание 1. Построение равностороннего треугольника с заданной стороной

Данный алгоритм предложил Евклид в IV в до н. э.

Построить треугольник по алгоритму, приведённому на рисунке и доказать.

Рис.1

Задание 2. Создание геометрических композиций из готовых мозаичных форм.

На рисунке представлены образцы орнаментов и элементарные фигуры из которых он сделан.Смоделировать данный орнамент по образцу.

Рис.2

Рис.3

Задачи для самостоятельной работы

Задание 3. Откройте файл рисунок4.jpg, используя операции с фрагментами составьте свой узор и раскрасьте по своему желанию. Не забудьте сохранить файл!

«Урок 59»

Урок 59. Построение и исследование физических моделей

Рассмотрим процесс построения и исследования модели на конкретном примере движения тела, брошенного под углом к горизонту.

Проект "Бросание мяча в площадку"

Во время тренировок теннисисты используют автоматы по бросанию мячика. Нужно задать автомату программу, по которой мячик попадет в площадку. Для этого нужно задать необходимую скорость и угол бросания мяча.

рисунок из учебника стр. 155

Из условия задачи следует:

мячик мал по сравнению с Землей, поэтому его можно считать материальной точкой;

изменение высоты мячика мало, поэтому ускорение свободного падения можно считать постоянной величиной (g=9,8), движение по оси У можно считать равноускоренным;

скорость бросания мала, поэтому сопротивлением воздуха можно пренебречь, движение по оси Х можно считать равномерным.

Для формализации модели используем известные из физики формулы

x=v0*cos a* t,

y=v0*sin a*t - (g*t^2)/2

Из второй формулы выразим время t, считая у=0, так как мяч упадет на землю:

v0*sin a*t - (g*t^2)/2=0;

t*(v0*sin a- (g*t)/2)=0;

t=0 или v0*sin a- (g*t)/2=0,

то есть мяч будет на поверхности Земли дважды - в начале движения и в конце.

Нас интересует второй случай, отсюда получаем

t= (2*v0*sin a)/g

Подставив найденное t в формулу для вычисления х получаем:

x=(v0*cos a*2*v0*sina)/g=(v0^2*sin2a)/g

Пусть площадка расположена на расстоянии s и имеет длину l. Тогда попадание произойдет, если ss+l, то перелет

Решим задачу в электронных таблицах

Обозначим столбцы таблицы

Внесем формулы

Как видите, результат выводится в текстовой форме. Можно построить график движения мяча. Как это сделать, подумайте сами.

Решим задачу в объектно-ориентированной среде программирования Gambas

скриншот графического интерфейса

Для ввода исходных данных: начальной скорости v0, угла бросания мяча a, длины площадки l и ее удаленности s - поместим 4 числовых окна ValueBox. Для вывода переменной х - еще одно числовое окно ValueBox. Для вывода результата: Недолет, Перелет, Попадание - поместим на форме надпись Label. Подпишем каждое числовое окно, выведя рядом с ними надписи Label и изменив параметр Text на Начальная скорость, Угол бросания, Расстояние до площадки, Длина площадки соответственно. Для запуска программы нам понадобится кнопка Button, на которой напишем Пуск.

Создаем событие Button1_Click двойным щелчком по кнопке.

Кодпрограммы

Public Sub Button1_Click

"Объявляем переменные g и pi как постоянные величины, а остальные как десятичные дроби

Const g As Single = 9.81

Const pi As Single = 3.14

Dim v0, a,s,l,x As Single

"Считываем значение переменных, введенных пользователем, с числовых окон

v0=ValueBox1.Value

a=ValueBox2.Value

s=ValueBox3.Value

l=ValueBox4.Value

"Вычисляем значение х и выводим его в числовом окне

x=v0^2*Math.Sin(2*a*pi/180)/g

ValueBox5.Value=x

"Перебираем варианты значений х и выводим результат броска

Label1.Text=" Недолет"

Label1.Text=" Перелет"

Label1.Text=" Попадание"

Домашнее задание

Прочитайте п. 5.4. Ответьте устно на контрольные вопросы.

Дополните решение в электронных таблицах графиком движения мяча

Просмотр содержимого презентации
«През»

I этап. Постановка задачи

1.Описание задачи (на обычном языке, самыми общими фразами)

2. Цель моделирования (от выбранной цели зависит, какие характеристики исследуемого объекта считать существенными, а какие отбросить).

«что будет, если?..» - определение последствий воздействия на объект и принятие правильного решения.

«как сделать, чтобы?..» - создание объектов с заданными свойствами.

3. Формализация задачи (формализм – строгий порядок).

Формализацию проводят в виде поиска ответов на вопросы, уточняющие общее описание задачи.

II этап. Разработка модели

1. Информационная модель

Выбор наиболее существенных данных при формировании информационной модели и ее сложность определяются целью моделирования.

Информационная модель текста…

2. Компьютерная модель (модель, реализованная средствами программной среды)

Примеры: набор текста, движение автомобиля, расстановка мебели…

III этап. Компьютерный эксперимент

1. План эксперимента (должен четко отражать последовательность работы с моделью)

Тестирование – процесс проверки правильности построения модели.

Тест – набор исходных данных, позволяющий определить правильность построения модели.

2. Проведение исследования

Если появилась уверенность в правильности построенной модели, можно переходить к проведению исследования.

IV этап. Анализ результатов моделирования

Этот этап решающий – либо вы продолжаете исследование, либо заканчиваете.

Если результаты не соответствуют целям поставленной задачи, значит, на предыдущих этапах были допущены ошибки.

Если такие ошибки выявлены, то требуется корректировка модели, то есть возврат к одному из предыдущих этапов.

Процесс повторяется до тех пор, пока результаты эксперимента не будут отвечать целям моделирования.

«Модели и моделирование» - Основные этапы моделирования. Прогнозировать прямые и косвенные последствия реализации заданных способов. Объект -(objeectum- предмет от латинского objicio-бросаю вперёд)- предмет обсуждения. Цели моделирования определяются постановкой задачи: Вербальная модель - информационная модель в мысленной или разговорной форме.

«Мат.моделирование» - 9. Коррекция модели. Алгоритм. (Дополнительные главы математики). 4. Построение физической модели объекта исследования. Математическое моделирование. Декомпозиция. Тест. Математическая модель. Сбор данных. 7. Реализация алгоритма в виде программы. Коррекция. Реальная ситуация. Содержание мат. моделирования.

«Компьютерное информационное моделирование» - Модели. Динамические. Информационные модели. Математические формула уравнение неравенство. WordPad. Компьютерная модель. Табличные Расписание уроков Таблица умножения. Paint. Вербальные (словесные) Песня Рассказ Поэма. Все информационные модели можно создавать с помощью компьютера. Химия – химические явления.

«Компьютерное моделирование» - Пример программы, разработанной в рамках магистерской и кандидатской диссертации «Исследование и разработка методов компьютерного моделирования и обработки интерферограмм». 200400.68.06 Компьютерная оптика. Пример программы, разработанной в рамках магистерской диссертации «Компьютерное моделирование формирования цветного изображения на матричных ПЗС-приемниках».

«Информационное моделирование на компьютере» - 2x+3y>=0. Стало возможным проводить расчеты сложных математических моделей за приемлемое время. Цель моделирования: создание объектов с заданными свойствами. Исследование характеристик объекта. 3 этап моделирования. Информационное моделирование на компьютере. Имитационное моделирование. Информационное моделирование.

«Математическое моделирование» - 7. 2. 6. 1. Цели и содержание курса. Математическое моделирование и проектирование. 2. Методика преподавания. План. 4. Светлов Николай Михайлович E-mail [email protected] http://svetlov.timacad.ru. Литература. 3. Франс Дж., Торнли Дж.

Всего в теме 18 презентаций

Слайд 2

Постановка задачи: Описание задачи; Цель моделирования; Анализ объекта Разработка информационной модели Разработка компьютерной модели Исследование модели Анализ результатов Результаты соот- ветствуют цели? Выводы Да Нет

Слайд 3

Слайд 4

II этап. Разработка информационной модели

Описательная информационная модель Формализованная информационная модель Описываются свойства, состояния и действия составляющих объектов и системы в целом Формализация – процесс построения информационных моделей с помощью формальных языков Т. е.создаются знаковые модели Математическая модель (формулы) Таблицы Схемы Чертежи Блок-схемы

Слайд 5

III этап. Разработка компьютерной модели:Выбор инструментов моделирования Создание модели Тестирование модели

Компьютерная модель – это модель, реализованная средствами программной среды: Графические редакторы Текстовые редакторы Среды программирования Электронные таблицы Математические пакеты HTML-редакторы СУБД Другие От выбора программной среды зависит алгоритм построения модели и форма его представления

Слайд 6

Выполняется реализация компьютерной модели по законам выбранной модели Производится тестирование или отладка модели на компьютере Тестирование – процесс проверки правильности модели. Подбираются несколько вариантов исходных значений и заранее просчитывается ожидаемый результат Тест – набор исходных данных, для которых заранее известен результат Отладка программы – трансляция программы и проверка правильности работы в программной среде

Слайд 7

IV этап. Исследование модели:Проведение серии экспериментов Накопление результатов

Эксперимент – это опыт, который производится с объектом или моделью. Он заключается в выполнении некоторых действий, чтобы определить, как реагирует эксперементальный образец на эти действия.

Слайд 8

V этап. Анализ результатов моделирования

Решающий этап: «Продолжать исследование или заканчивать?» Если результаты не соответствуют целям поставленной задачи, значит, на предыдущих этапах были допущены ошибки. Это может быть: неправильно отобранные существенные свойства объекта; ошибки в формулах; неудачно выбрана среда моделирования нарушение технологических приемов при построении модели. Если ошибки выявлены, то требуется корректировка модели, нужно вернуться к одному из предыдущих этапов, и процесс повторять до тех пор, пока результаты эксперимента, не будут соответствовать целям моделирования

Посмотреть все слайды