Модели и моделирование

Цель урока:

– сформировать понятие “модель”, изучить основные виды моделей и их назначение.

Задачи урока:

Образовательные:

– познакомить учащихся с основными понятиями по данной теме;
– показать существование множества моделей одного и того же объекта;
– определить роль моделей в деятельности человека.

Развивающие:

– развивать у учащихся умения сопоставлять, анализировать, выделять главное, существенное, обобщать, формулировать выводы;
– развивать у учащихся познавательный интерес и творческие способности.

Воспитательные:

– формировать коммуникативные компетенции учащихся через работу в группах, воспитания уважения друг к другу, умения слушать;
– воспитание информационной культуры.

Изучив тему урока, учащиеся должны:

– знать основные понятия: модель, объект моделирования, субъект моделирования, моделирование, основные виды моделей (материальные и информационные);
– знать о существовании множества моделей для одного и того же объекта;
– приводить примеры моделирования.

Возраст учащихся: IX класс.

Место урока в учебном плане: данный урок является первым при изучении темы “Моделирование и формализация”.

Форма проведения урока: беседа, работа в группах.

Средства обучения:

технические:

– компьютер;
– мультимедийный проектор;
– экран;

программные:

– презентация, созданная средствами программы Microsoft PowerPoint (Презентация);
– кроссворд, созданный средствами Microsoft Excel (Приложение 4);
– три варианта тестов, созданных средствами Microsoft Excel (Приложение 5, Приложение 6, Приложение 7)

наглядные:

– игрушечные модели (танк, самолет, солдатик, кукла);

раздаточные материалы:

– комплект карточек (существенные свойства объекта) (Приложение 1);
– карточки (Приложение 2);
– краткий конспект-кластер урока (Приложение 3).

1. Организационный момент
2. Актуализация знаний
3. Изучение нового материала.
0. Организация учебной деятельности по формированию усвоения понятия “модель”
1. Формирование у учащихся представления о видах моделей
4. Закрепление полученных знаний.
5. Подведение итогов урока. Постановка домашнего задания. – 2 мин.

Сегодняшний урок мне хочется начать с небольшого исторического вступления:

В 1870г. английское Адмиралтейство спустило на воду новый броненосец “Кэптен”. Корабль вышел в море и перевернулся. Погиб корабль и все находящиеся на нем люди. Это было совершенно неожиданно для всех, кроме английского ученого-кораблестроителя В.Рида, который предварительно провел исследования, создав модель броненосца, и установил, что корабль опрокинется даже при небольшом волнении. Но ученому, проделывающему, как казалось тогда, несерьезные опыты с “игрушкой”, не поверили лорды из Адмиралтейства. И случилось непоправимое…

Тема урока, как вы уже догадались, – “Модели. Виды моделей и их назначение”. (Слайд 1)

Исходя из темы урока, сформулируйте задачи нашей деятельности.

(Ученики предлагают: 1) понять, что такое модель; 2) узнать, какие они бывают; 3) узнать, в чем заключается их значение, роль.)

Итак, задачи урока: (Слайд 2)

1. Изучить понятие “модель”.
2. Рассмотреть основные виды моделей.
3. Определить назначение и значение моделей в деятельности человека.

Перед вами лежит конспект урока (Приложение 3), который вы будете заполнять по ходу нашей деятельности и, который поможет вам, в дальнейшем, при выполнении задания в классе и домашнего задания.

С понятием “модель” мы сталкиваемся с детства. (Демонстрируются игрушечный танк, самолет, солдатик, кукла). Играя с этими предметами, вы представляли, что это настоящая боевая техника, настоящие солдаты, настоящий человечек. На самом деле это всего лишь модели реально существующих объектов. Сейчас прозвучали два новых слова: объект и модель. (Слайд 3). Нам предстоит выяснить смысл этих понятий в процессе совместной работы.

III. Объяснение нового материала.

Сейчас я продемонстрирую вам разное представление одного и того же объекта, а вы должны догадаться, о чем идет речь. (Слайд 4-9)

Речь идет об объекте “вода”.

Какие еще можно придумать модели воды?

Какова же связь двух понятий объект и модель? (Слайд 10) Вспомогательные вопросы: Модель и объект одинаковы? Какой математический знак можно между этими понятиями поставить?). Модель может отображать внешний вид объекта, структуру, поведение.

Итак, модель подобна объекту. Мы можем сказать, что модель – это некоторое упрощенное подобие реального объекта.

Укажите, в чем заключается подобие следующих объектов и их моделей: (Слайд 11)

а) костюм, эскиз костюма, выкройка;
б) дом, план дома, макет дома;
в) человек, кукла, портрет человека;
г) текст сочинения, план сочинения?

Я думаю, что вы без труда приведете примеры моделей, которые рассматривались вами на других уроках.

Биологические: скелет человека – модель человека, модель сердца и других органов, модель цветка, модель ДНК и т.д.; (Слайд 13)

Химические: кристаллическая решетка, модель строения молекулы, модель строения атома, и даже химическая формула – это тоже модель строения молекулы данного вещества, и т.д.; (Слайд 14)

Физические: модель вращения Земли вокруг Солнца, модель двигателя внутреннего сгорания, схема электрической цепи и т.д.; (Слайд 15)

Математические: модель многоугольников, и даже график функции, чертеж, математическая формула являются моделями…(Например, для объекта “прямоугольный треугольник” формула с²=а²+b² – математическая модель отношений между длинами гипотенузы и катетов). (Слайд 16)

Как вы думаете, а можно ли создать модель явления или процесса, поведения?

Человеческое общество также можно представить моделями. Например, изучая на уроках истории общинно-родовые отношения, вы представляли их в виде схем. Одна из возможных моделей отражает единоличное управление вождя племенем (Слайд 17). Другая модель описывает ситуацию, когда племенем управляет совет старейшин, подчиняющийся вождю.

А кто может привести примеры моделей явлений или процессов?

1. Уравнения химических реакций представляют собой модели процессов взаимодействия веществ.
2. Физики-экспериментаторы в лабораторных условиях моделируют процессы, происходящие в океане, в недрах Земли, такие, как ядерный взрыв, невесомость.
3. Чтобы измерить нагрузки на корпус самолета и исследовать его прочность, конструкторы авиационной техники воспроизводят условия полета самолета с помощью аэродинамической трубы.
4. Вспомним о вступлении сегодняшнего урока: уменьшенная и упрощенная модель корабля, помещенная в специальную среду, позволяет изучить его поведение при качке.

Так что же может являться объектом для создания модели? (Объект – это предмет, явление, процесс, на что обращена познавательная деятельность ). (Слайд 18)

Вернемся к объекту вода. (Слайд 19)

Какой вывод можно сделать, проанализировав данный слайд?

Один объект может иметь несколько моделей, которые представлены в разной форме: в виде текста, схемы, рисунка, структуры, формулы и т.д. Могут ли разные объекты описываться одной и той же моделью? Приведите примеры.

Пример. В механике различные материальные тела (от планеты до песчинки) могут рассматриваться как материальные точки.

Итак, один и тот же объект может иметь множество моделей, а разные объекты могут описываться одной моделью. (Слайд 20)

Как вы думаете, от чего зависит форма представления объекта? (От решаемой задачи, цели создания модели (моделирования)). А кто же будет эту задачу, цель ставить? Субъект моделирования – человек, который создает модели объектов. Рассуждая, мы получили схему моделирования. На протяжении всего урока мы применяли слово “моделирование”. Что же будем понимать под словом моделирования? (Моделирование – процесс создания моделей объекта с целью их исследования). (Слайд 21)

Каждый объект имеет много различных свойств.

Но ведь модель – это упрощенное подобие объекта. Какие же свойства являются существенными? (Это зависит от цели создания модели, от человека, создающего модель – субъекта).

Рассмотрим модели объекта “цветок”. (Слайд 22) Если оценить цветок с точки зрения биолога, то для него важны такие свойства объекта, как строение корневой системы и стебля, форма и расположение листьев, строение соцветия, способ опыления, среда обитания. Изучив эти свойства, биолог отнесет к определенному виду и представит модель данного объекта в виде схемы, описания, рисунка.

Для художника важны свойства, характеризующие внешний вид растения, которое он собирается нарисовать. Модель – картина.

Медика будет интересовать химический состав растения, чтобы определить возможность его использования в лечебных целях. Модель в данном случае – набор химических формул.

Предположим, что перед нами поставлена задача – создать модель самолета. (Слайд 23)

Работа в группах. Вы будете разными субъектами. Задача групп – назвать существенные свойства самолета для их субъекта.

(Раздаются 4 карточки [4] Приложение 1)

После обсуждения в группах выступает один представитель. (Слайд 24)

Карточка №1. Мальчик, запускающий бумажный самолетик.

Модель: бумажный самолетик.

Существенные свойства объекта: крылья, корпус, их взаимное расположение, умение летать.

Карточка №2.Кассир по продаже авиабилетов.

Модель: план посадочных мест самолета.

Существенные свойства объекта: расположение рядов кресел, количество кресел в ряду, стоимость билета для каждого места, наличие свободных мест.

Карточка №3. Авиадиспетчер.

Модель: светящаяся точка на экране.

Существенные свойства объекта: скорость и высота полета, направление и вид движения (взлет, посадка, разворот), взаиморасположение с другими самолетами, находящимися в контролируемом районе.

Карточка №4Технолог цеха, где происходит сборка самолета.

Модель: конструкторские чертежи, технологическая карта сборки, перечень деталей. Существенные свойства объекта: наименование и количество деталей, порядок и способ их соединения, требования к квалификации специалистов, необходимое оборудование для обеспечения заданной надежности соединения.

Каждая группа попыталась определить существенные признаки и модель. А почему у каждой группы получились различные?

Уточним определение модели с учетом рассмотренных примеров и дополним его. Запишите определение в конспект. Модель – это некоторое упрощенное подобие реального объекта, которое отражает существенные стороны объекта, в зависимости от цели моделирования. (Слайд 25)

Все модели можно по форме их представления разбить на 2 большие группы: материальные (предметные) и информационные. (Слайд 26)

Материальные (или предметные) могут отражать:

– внешние свойства объектов;
– внутреннее устройство объектов;
– суть процессов и явлений.

Какие модели можно отнести к материальным? (игрушки, модель двигателя внутреннего сгорания, модель цветка и т.д.) т.е. те модели, которые воспроизводят существенные особенности модели в материальном виде.

Материальные модели – это уменьшенные или увеличенные копии, в виде муляжей, макетов, эталонов).

Информационные модели – это его описание.

С помощью чего можно описать?

Образные информационные модели (рисунки, фотографии, чертежи, планы, карты, схемы, графики и др.) представляют собой зрительные образы объектов, зафиксированные на каком-либо носителе информации (бумаге, фото– и кинопленке и др.)

Знаковые информационные модели строятся с использованием различных языков (знаковых систем):

– словесные описания;

– математические (представлены математическими формулами и уравнениями);

– специальные (представлены на специальных языках – ноты, химические формулы и т.д.);

– алгоритмические (описывают последовательность действий в виде пошагового описания, блок-схемы, программы и т.д.)

Определите к какому виду относятся следующие модели (материальному или информационному)? (Учащимся раздаются карточки Приложение 2). (Слайд 27)

(Результат выполнения: материальные модели – №№ 2, 5, 6,8. Информационные – №№ 1,3,4,7,9.10,11.

А как вы думаете: какой вид моделей – материальный или информационный наиболее удобен для хранения, анализа и обработки? (Информационный). Более подробно об этих моделях мы поговорим на следующих уроках.

IV. Закрепление.

Учащиеся выполняют на компьютерах кроссворд (Приложение 4) и тест (Приложение 5, Приложение 6, Приложение 7).

V. Подведение итогов урока. Постановка домашнего задания.

(Слайд 28)

Задание1. Объект моделирования – дом. Какие свойства этого объекта будут существенными для:

а) архитектора, составляющего план дома;

б) строителя, определяющего перечень материалов, необходимых для строительства;

в) художника, рисующего пейзаж, частью которого является дом?

Задание 2. Изучив материал учебника, дополнительную литературу, используя ресурсы Интернета написать эссе “Зачем человеку множество моделей?”

1. Семакин И.Г. Информатика. Базовый курс. 7-9 классы/ И.Г. Семакин, Л.А. Залогова, С.В. Русаков, Л.В. Щестакова. – 2-е изд.– М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2005. – 390с.: ил.
2. Информатика. 7-9 класс. Базовый курс. Теория/ Под ред. Н.В. Макаровой.– СПб.: Питер, 2004.– 368 с.: ил.
3. Угринович Н.Д. Информатика и информационные технологии. Учебник для 10-11 классов/ Н.Д. Угринович.– 2-е изд. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2005. – 511с.: ил.
4. Хмелькова О.П. Урок в X классе на тему “Модели и процесс их создания”//Информатика и образование, 2006, -№6.– С.13-19.
5. Кузнецов А.А., Бешенков С.А., Ракитина Е.А. Информатика. Избранные главы учебника для VIII класса общеобразовательной школы.//Информатика и образование, 2006, – №12.– С.38-52; 2007, № 1,– С.31-47; 2007, №2, – С.52-58.