Урок информатики "Моделирование в среде графического редактора"

Цель: сформировать у учащихся представление что такое модель объекта и зачем она создаётся; какие бывают модели; какую роль играет информация при создании модели; что такое информационная модель; какие формы представления информационных моделей существуют.

План:

1. Повторение (моделирование)
2. Создание геометрических композиций из готовых мозаичных форм
3. Алгоритм построения орнамента (есть в тетради)
4. Лабораторная работа

Используемые материалы:

• класс, оборудованный ПК;
• любой графический редактор (Paint и т.д.)
• файлы изображений.
• Распечатанная лабораторная работа

Ход урока

Повторение

Разгадать ребусы (см. Приложение 1)

Объекты окружающего нас мира, даже те, которые кажутся самыми простыми, на самом деле необычайно сложны. Чтобы понять, как действует тот или иной объект, иногда приходится вместо реальных объектов рассматривать их упрощенные представления – модели. При построении модели сам объект часто называют оригиналом или прототипом.

Дети с младенчества окружены игрушками: куклами, зверушками, машинками. Каждая игрушка представляет реальный объект окружающего мира. Кукла не умеет дышать, двигаться. Эта игрушка отражает только одно свойство человека – внешний облик. Но это свойство настолько существенно, что никто не ошибается, называя куклу игрушечным человечком.

Для любого объекта может существовать множество моделей, различных по сложности и степени сходства с оригиналом.

Модель – аналог (заместитель) оригинала, отражающий некоторые его характеристики.

Поступив в школу, вы изучаете на уроках разнообразные объекты с помощью их моделей. На уроках ИЗО все возможные муляжи позволяют исследовать форму, игру света и тени, прежде чем его рисовать. Чучела птиц и зверей помогают вам представить и изучить облик животных, которых вы, возможно, не увидите в реальной жизни.

• Уменьшенная модель корабля, помещённая в бассейн, позволяет изучить его поведение при качке;
• Велотренажёр используется для тренировки;
• Искусственное сердце спасает жизнь больного и помогает ему почувствовать себя полноценным членом общества.

Для рассмотренных здесь моделей характерным является то, что все они являются материальными объектами. Поэтому подобные модели называются материальными (предметными) моделями. Это одна из форм представления модели.

Моделью может быть не только материальный объект, передающий свойства и действия реального объекта, но и математическая формула, чертеж, таблица, текст и т. д. Это нематериальные (абстрактные) модели. В них используется другая форма представления.

Рассмотрим несколько примеров нематериальных моделей.

Представьте себе железнодорожного диспетчера. Сидя у пульта управления, он следит за перемещением на экране цветных прямоугольников, условно обозначающих поезда и вагоны. Это модель реальной железнодорожной сортировочной станции.

При решении задач по физике, химии, геометрии, биологии используются формулы. И это тоже модели. Они называются математическими. Например, уравнение S = vt описывает способ нахождения расстояния при равномерном прямолинейном движении реального объекта.

Еще в древности было известно, что математическая модель незаменима при строительных работах. Например, в VI веке до н. э. античный архитектор Эвпалин построил водопровод на острове Самос, сохранившийся до наших дней. Ему необходимо было проложить тоннель длиной 1 км, шириной и высотой 2 м. сквозь гору Кастро. Для решения этой задачи Эвпалин использовал чертёж и математические знания о подобии треугольников, на основе которых построил математическую модель.

Другой пример нематериальной модели из истории человечества связан с представлением о нашей планете и Солнечной системе. В древности люди считали, что Земля является плоской и окружена океаном. Древние поэты и философы сочинили об этом мифы.

Человеческое общество в зависимости от цели исследования тоже можно представить разными моделями.

Информационная модель объекта

Как сказано выше, для исследования объекта не обязательно создавать материальные модели. Если вы ясно представляете цель исследования, то часто достаточно располагать необходимой информацией и представить ее в надлежащей форме. В этом случае говорят о создании и использовании информационной модели объекта.

Не существует строгих правил, как лучше представить модель. Однако человечество накопило огромный опыт в этой сфере деятельности.

Познавая окружающий мир, каждый из вас формирует свое представление о нем. Сами того не замечая, вы ежедневно создаете информационные модели реальных объектов, которые помогают вам в процессе познания. Таким путем вы узнаете новое, то есть получаете новую информацию.

Любая модель создается и изменяется на основе имеющейся у человека информации о реальных объектах, процессах или явлениях.

От умения человека правильно понимать и обрабатывать информацию во многом зависят его возможности в познании окружающего мира и, как следствие, его умение создавать модели. Для того чтобы изучить реальный объект, мы целенаправленно собираем о нем информацию. Но сколько и какой информации необходимо собрать для того, чтобы полученная модель соответствовала исходному объекту (прототипу), правильно его отображала? Рассмотрим примеры.

Пример. Перед вами стоит задача нарисовать реальный объект “собака”. Какова информационная модель объекта, отвечающая этой цели? В первую очередь вас будет интересовать внешность собаки: порода, окрас и-т. д. Кроме внешних данных, желательно иметь информацию и о некоторых действиях (повадках) объекта “собака”, чтобы естественнее изобразить позу собаки на рисунке. А вот информация о том, чем питается собака или как функционируют ее внутренние органы, для поставленной цели явно окажется излишней.

Изменим цель и попробуем определить, какими характеристиками должна обладать собака, пригодная для службы в пограничных войсках? При составлении информационной модели в данном случае вы будете отбирать информацию уже об иных свойствах объекта “собака”. Наиболее важными качествами служебной собаки являются: нюх, выносливость, способность к дрессировке, быстрота бега.

Выделим главное! При построении информационной модели сначала следует задаться целью, а затем отобрать необходимую информацию.

Информационная модель – целенаправленно отобранная информация об объекте, которая отражает наиболее существенные для исследователя свойства этого объекта.

Формы представления информационных моделей могут быть различными, например:

• В виде жестов или сигналов;
• Устная, словесная;
• Символьная (текст, числа, специальные символы);
• Графическая;
• Табличная.

Виды классификации моделей

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” используются, то можно применить классификацию, изображённую на рисунке.

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

Опытные модели – это уменьшенные или увеличенные копии проектируемого объекта. Они используются для исследования объекта 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 таким моделям можно отнести 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 исследования 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 в 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 (см. рис.).

Статическая модель – это единовременный срез информации по данному объекту. Например, обследование учащихся 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.

Создание геометрических композиций из готовых мозаичных форм

	Из многообразия мозаичных композиций можно выделить две разновидности: орнаментальную и сюжетную
	Основу орнаментальной мозаики составляет симметричный узор. Орнамент начинают “выстраивать” из центра и дальше строят в произвольном порядке. При этом главным условием является соблюдение симметрии.
	Орнаментальная мозаика уместна для одеяла, диванной подушки, детского коврика, витража. Компьютер позволит вам не только многократно переделывать узор, но и экспериментировать с готовым узором, раскрашивая его по-разному.

Сюжетная композиция представляет собой какую-либо сценку и со держит некоторые объекты, очертания которых предстоит реализовать из стандартного набора мозаичных элементов.

Например, при моделировании композиции “Под водой” для ванной комнаты придется создать объекты подводного мира: рыбок, водоросли и т. п

Алгоритм построения орнамента (есть в тетради)

1. Построить 1/4 часть орнамента (используя копирование)
2. Выделить 1/4 часть, копировать, вставить, переместить
3. Повернуть 1/4 часть (Отразить/Повернуть – Отразить слева направо)
4. Выделить 1/2 часть, копировать, вставить, переместить
5. Повернуть 1/2 часть (Отразить/Повернуть – Отразить сверху вниз)
6. Выделить целую часть, копировать, вставить, переместить
7. Вставить, переместить (сколько фрагментов в орнаменте)

Мы с вами займёмся орнаментальной мозаикой

Для повторения материала мы вспомним Моделирование геометрических операций. Обратите внимание на задание № 1 Лабораторной работы. “Построение равностороннего треугольника с заданной стороной”

Обратите внимание на задание № 2 Создание геометрических композиций из готовых мозаичных форм

Рекомендации к выполнению: когда вы откроете файл рисунок2 и рисунок3 перед вами будут части этого орнамента Вам нужно собрать ? часть орнамента используя операцию копирование, потом используя инструмент заливка закрасить его по своему усмотрению, копировать, вставить, копировать ? часть орнамента и т.д.

Лабораторная работа
“Моделирование в среде графического редактора”

Цель: научить учащихся основным операциям 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.

(файл рис 1)

Задание 2. Создание геометрических композиций из готовых мозаичных форм.

На рисунке представлены образцы орнаментов. (файл рис. 2)

Не забудьте сохранить! файл

Рис. 3. Не забудьте сохранить!

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!