Урок №1.
Тема: “Системы и свойства систем” (2 часа).
Цели урока:
- введение понятий “система” и “подсистема”;
- формирование умения оптимально составлять конспект;
- добиться сознательного усвоения материала;
- развитие системного мышления учащихся.
Тип урока: Объяснение нового материала.
Организационная форма урока: Эвристическая беседа.
Эвристическая беседа повышает активность учащихся в усвоении нового материала, развивает их логические способности, помогает преодолеть их различную во времени реакцию.
Ход урока
Приветствие. Проверка готовности учащихся к уроку, организация внимания. На доске написана тема.
Подготовка учащихся к усвоению нового материала:
Любой из нас постоянно решает какие-нибудь жизненные задачи – что купить на день рождения; как провести выходной день; стоит ли покупать акции того или иного шумно разрекламированного АО, и т.п.
Прежде, чем решить подобную задачу, мы стараемся взвесить имеющуюся у нас информацию, выбрать из нее существенную. И только затем, когда в задаче станет более или менее ясно, из чего можно исходить (например, какими финансовыми средствами мы располагаем для решения задачи) и на какой результат рассчитывать, мы приступаем к решению задачи. Иногда описанный процесс называют “уяснением задачи”; фактически же речь идет о замене исходной жизненной задачи ее моделью.
Можно с уверенностью сказать, что большая часть моделей, которыми пользуется человек для решенияh жизненных задач, представляет собой некоторую совокупность элементов и связей между ними. Такие модели принято называть системами.
Изучение нового материала:
С понятием “система” вы многократно встречались как в учебных дисциплинах, так и в повседневной жизни:
Солнечная система;
- периодическая система химических элементов;
- системы растений и животных;
- система образования;
- система транспорта;
- система здравоохранения;
- системы счисления и др.
Под системой понимается любой объект, состоящий из множества взаимосвязанных частей и существующий как единое целое.
Исходя из определения, учащиеся приводят примеры систем. Одновременно строится схема:
Рисунок 1
Понятие “смешанной системы” как системы, включающей в себя материальную и нематериальную части, определяют сами учащиеся.
Каждая система обладает следующими свойствами:
- функция (цель, назначение) системы;
- взаимодействие системы с окружающей средой;
- состав системы;
- структура системы;
- системный эффект.
Остановимся подробнее на каждом из этих свойств.
1. Функция системы.
Рассуждая о назначении систем, следует обратить внимание на их деление.
Рисунок 2
Учащиеся сами приводят примеры систем и указывают их функции.
2. Состав системы - множество входящих в нее частей.
Эту функцию удобно изучать на примерах систем, предлагаемых учащимися.
Рисунок 3
Далее обращается внимание на то, что любую составляющую часть дерева (например, листья) можно рассматривать на уровне клеток, а затем более детально рассматривать сами клетки и т. д. Рассуждения прекращаются, когда иссякают знания учащихся. По такому же плану рассматриваются части системы ПК и ученики самостоятельно рассуждают по следующей схеме:
Рисунок 4
Утверждая, что процессор – система, учащиеся уже затрудняются назвать его составляющие части, хотя на интуитивном уровне считают, что можно еще углубиться в подробности устройства ПК.
Систему, входящую в состав какой-то другой, более крупной системы, называют подсистемой.
Например, АУ – подсистема центрального процессора;
- центральный процессор – подсистема системного блока;
- системный блок – подсистема ПК.
Вопрос на понимание темы: Является ли простейшая деталь ПК гайка системой?
При ответе на этот вопрос мнения разделяются. Одни ученики говорят – нет, т.к. она не разбирается на более мелкие части, а другие дают противоположный ответ, рассуждая о веществе, из которого она сделана. Учитель обращает внимание на то, что одна и та же часть системы в одних случаях рассматривается как простой элемент, а в других – как подсистема, имеющая свой состав и структуру.
Замечание в тетрадь:
Любой реальный объект бесконечно сложен.
3. Структура системы.
Всякая система определяется не только составом частей, но также порядком и способом объединения этих частей в единое целое.
Структура – это совокупность связей между элементами системы. Структура – внутренняя организация системы.
Например: Все детские конструкторы включают в себя множество типовых деталей, из которых можно собирать различные изделия. Эти изделия различаются порядком соединения деталей, т. е. структурой.
Всякая система обладает определенным составом и структурой. Свойства системы зависят от того и от другого. Даже при одинаковом составе системы с разной структурой обладают разными свойствами, могут иметь разное назначение.
Вопрос учащимся: Приведите примеры зависимости свойств различных систем от их структуры известные из школьных дисциплин.
Если учащиеся затрудняются ответить, то можно предложить им рассмотреть состав и структуру алмаза и графита. Далее рассуждения ведутся быстро, и ученики сами делают выводы.
4. Системный эффект.
Всякая система приобретает новые качества, не присущие ее составным частям.
Например: Отдельные детали велосипеда: рама, руль, колеса, педали, сиденье – не обладают способностью к езде.
Учитель предлагает учащимся аналогично рассмотреть системы: самолет (летающее устройство), строительная бригада, книга.
Появление нового качества у системы называется системным эффектом.
Понятие “система” для информатики является одним из фундаментальных, и поэтому мы не ограничились интуитивным представлением и, выделив свойства систем, продвинулись к более строгому научному описанию.
О взаимодействии систем с окружающей средой будем говорить на следующих уроках.
Домашнее задание:
- выучить материал;
- подготовить пример системы с описанием ее свойств.
Урок №2.
Тема: “Модели систем” (2 часа).
Цели урока:
- закрепление пройденного материала;
- развитие логики мышления;
- развитие у школьников умения выделять главное, существенное;
- знакомство с системным анализом как этапом информационного
- моделирования.
Тип урока: Объяснение нового материала.
Организационная форма урока: Диалог.
Подразумевается диалог между учителем и учеником, который при проблемных ситуациях перерастает в дискуссию. Диалог повышает активность обучаемых в учебном процессе и формирует у них познавательный интерес, что приводит к эффективному усвоению материала.
Ход урока
Приветствие. Проверка готовности учащихся к уроку, организация внимания. На доске написана тема.
Проверка домашнего задания:
- доска делится на две части; два ученика записывают на ней свои примеры систем и их свойств;
- осуществляется проверка усвоения основных понятий предыдущего урока.
Подготовка учащихся к усвоению нового материала:
На предыдущих уроках мы говорили о том, что процесс получения информации всегда сопровождается построением модели.
Модели позволяют человеку сконцентрировать свое внимание на самом существенном при решении жизненных задач.
Модель нужна для того,
- чтобы понять, как устроен объект (или как протекает процесс, происходит явление), какова его структура, каковы его свойства, законы развития и функционирования, каково его взаимодействие с окружающим миром;
- чтобы определить наилучшие способы управления объектом или процессом;
- чтобы прогнозировать прямые и косвенные последствия функционирования или развития объекта, процесса или явления;
- модель нужна для организации процесса обучения или самообучения.
Изучение нового материала:
С предыдущего урока нам известно, что любой реальный объект бесконечно сложен. Поэтому, описывая в какой-либо форме реальную систему, мы создаем ее информационную модель.
Рассмотрим три разновидности информационных моделей систем:
- модель “черного ящика”;
- модель состава;
- структурная модель.
1. Модель “черного ящика” используется в тех случаях, когда внутреннее устройство системы недоступно или не представляет интереса, но важно описать ее внешние взаимодействия.
Общий вид модели:
Рисунок 5
Вход системы – воздействие на систему со стороны внешней среды, а выход – воздействие, оказываемое системой на окружающую среду.
Построим модель “черного ящика” для системы “университет”:
Рисунок 6
Учащимся предлагается построить системы “дерево”, “врач”, “ПК”.
Рисунок 7
При построении модели для персонального компьютера, учащиеся не подразделяют взаимодействие ПК с внешней средой на информационное и физическое. Поэтому их необходимо направить. Определение основных параметров для ПК (связанных с главной функцией) у учеников проблем не вызывает. Активно обсуждаются способы избавления или уменьшения нежелательных выходных воздействий.
2. Модель состава системы дает описание входящих в нее элементов и подсистем, но не рассматривает связей между ними. Важно обратить внимание учащихся, что построение модели зависит (как и в предыдущем случае) от точки зрения на систему.
Например:
ПК можно рассматривать как систему, состоящую из системного блока, монитора, клавиатуры, манипулятора мышь, принтера. А можно указать основные компоненты компьютера: память (внутренняя, внешняя), процессор, устройства ввода-вывода.
При обсуждении модели состава обращается внимание на то, что все зависит от цели моделирования.
3. Структурная модель системы (структурная схема).
На ней отражается состав системы и ее внутренние связи. Связи (отношения) бывают материальные и информационные.
Информационные связи – обмен информацией между частями системы, поддерживающий ее целостность и функциональность. Рассмотрим связи в различных системах.
Рисунок 8
В процессе построения схемы учениками приводятся примеры систем с объяснением имеющих место связей.
Схематически любую систему можно представить себе как множество точек, каждая из которых изображает некоторый элемент системы, и линий, соединяющих те точки, между которыми в системе имеется связь. Полученная совокупность точек называется графом. Составными частями графа являются вершины и ребра.
Например:
Рисунок 9
Использование графов является наглядным и удобным способом отображения состава и структуры системы. Графы являются мощной основой для построения информационных моделей, решения огромного числа задач моделирования.
Системные модели, как правило, оказываются лучше приспособленными для использования при решении различных жизненных задач. Ведь такие модели уже своим строением – выделенными элементами и связями между ними – подсказывают предположения о том, что в решаемой задаче существенно, а что нет.
Домашнее задание:
- проработать материал;
- построить модель “черного ящика” для систем “книга” и “больница”.
Урок №3.
Тема: “Исследование на компьютере информационных моделей” (1 час).
Цели урока:
- закрепление пройденного материала;
- обретение навыков работы за компьютером;
- обретение навыков в применении компьютерных технологий для исследования моделей систем.
Тип урока: Лабораторная работа.
Ход урока
Приветствие. Проверка готовности учащихся к уроку, организация внимания. На доске написана тема.
Проверка домашнего задания:
- осуществляется проверка усвоения основных понятий предыдущего урока;
- два ученика строят модели систем “книга” и “больница”.
Подготовка учащихся к выполнению задания:
Из полученной на предыдущих уроках информации мы делаем вывод, что построение модели – обязательный этап решения любой жизненной задачи.
Задача: Как выбрать арбуз?
Одним десятиклассником выведена простая эмпирическая формула зависимости веса спелого арбуза от длины его обхвата:
m=17*L3/1000000,
где L-длина “экватора” арбуза в сантиметрах, m-масса арбуза в килограммах;
L, m – параметры арбуза.
Информационная модель, в которой параметры и зависимости между ними выражены в математической форме, называется математической моделью. В нашем случае формула m=17*L3/1000000 – это математическая модель спелого арбуза.
Далее учащимся дается задание с помощью электронных таблиц построить график зависимости массы m от длины обхвата L (если значения L находятся в диапазоне 45-100 см) и вывести таблицу этой зависимости.
Рисунок 10
Мы перестроили математическую модель в модель, к которой применимы компьютерные технологии. Модель, реализованную в компьютере посредством подходящего программного обеспечения, называют компьютерной моделью. Результаты расчета можно представить и графиком.
Рисунок 11
Выбор арбуза с помощью заполненной таблицы или нарисованного графика становится несложным делом. Стоит лишь обмерить арбуз сантиметровой лентой, взвесить его и сравнить экспериментальные данные с табличными. Вес арбуза должен быть меньше, чем значение в таблице, – тогда арбуз окажется спелым. Важно не переусердствовать: очень спелый арбуз с весом, значительно меньшим табличного, скорее всего, окажется просто гнилым.