Тема урока- Компьютерное моделирование
Работа добавлена на сайт samzan.net:
Муниципальное общеобразовательное бюджетное учреждение
«Средняя общеобразовательная школа № 6»
г.Тынды Амурской области
Конспект урока по информатике
в 11 классе
«Компьютерное моделирование.
Компьютерный эксперимент»
подготовила
учитель информатики
Бекенёва Любовь Александровна
г. Тында
2013
Тема урока: "Компьютерное моделирование. Компьютерный эксперимент"
Цель урока: познакомить учащихся с понятиями компьютерное моделирование, компьютерный эксперимент.
Тип урока: урок объяснения нового материала.
Ход урока:
Организационный момент.
Теоретическая часть урока.
У современного компьютера много направлений исполь зования. Среди них, как вы знаете, особое значение имеют возможности компьютера как средства автоматизации информационных процессов. Но не менее значимы и его воз можности как инструмента проведения эксперименталь ной работы и анализа ее результатов.
Вычислительный эксперимент давно известен в науке. Вспомните открытие планеты Нептун «на кончике пера». Нередко результаты научных исследований считаются до стоверными, только если они могут быть представлены в виде математических моделей и подтверждены математиче скими расчетами. Причем, относится это не только к физике или техническому конструированию, но и к социологии, лингвистике, маркетингу — традиционно гуманитарным дисциплинам, далеким от математики.
Вычислительный эксперимент является теоретическим методом познания. Развитием этого метода является чис ленное моделирование — сравнительно новый научный ме тод, получивший широкое распространение благодаря появ лению ЭВМ.
Численное моделирование широко используется и на практике, и при проведении научных исследований.
Пример. Без построения математических моделей и проведения самых разных расчетов над постоянно изменяющимися данными, поступающими с измерительных приборов, невозможна работа автоматических производственных линий, автопилотов, систем автома тической диагностики. Причем для обеспечения надеж ности систем расчеты должны проводиться в режиме ре ального времени, а их погрешности могут составлять миллионные доли процента.
Даже если вы проводите не очень сложные вычисления, но вам нужно повторить их миллион раз, то лучше один раз написать программу, а компьютер повторит ее столько раз, сколько это нужно (ограничением, естественно, будет быст родействие компьютера).
Численное моделирование может быть самостоятельным методом исследования, когда интерес представляют только значения каких-то показателей (например, себестоимости продукции или интегрального спектра галактики), но чаще оно выступает одним из средств построения компьютерных моделей в более широком смысле этого термина.
Исторически сложилось так, что первые работы по компьютерному моделированию были связаны с физикой, где с помощью численного моделирования решался целый класс задач гидравлики, фильтрации, теплопереноса и теп лообмена, механики твердого тела и т. п. Моделирование, в основном, представляло собой решение сложных нелиней ных задач математической физики и по существу было, ко нечно, моделированием математическим. Успехи математи ческого моделирования в физике способствовали распро странению его на задачи химии, электроэнергетики, биоло гии, причем схемы моделирования не слишком отличались друг от друга. Сложность решаемых на основе моделирова ния задач ограничивалась лишь мощностью имеющихся ЭВМ. Данный вид моделирования широко распространен и в настоящее время. Более того, за время развития численно го моделирования накоплены целые библиотеки подпрог рамм и функций, облегчающих применение и расширяю щих возможности моделирования. И все же в настоящее время понятие «компьютерное моделирование» обычно свя зывают не с фундаментальными естественно-научными дис циплинами, а в первую очередь с системным анализом сложных систем с позиций кибернетики (то есть с позиций управления, самоуправления, самоорганизации). И сейчас компьютерное моделирование широко используется в биоло гии, макроэкономике, при создании автоматизированных систем управления и пр.
Под компьютерной моделью часто понимают программу (или программу плюс специальное устройство), которая обеспечивает имитацию характеристик и поведения опреде ленного объекта. Результат выполнения этой программы также называют компьютерной моделью.
В специальной литературе термин «компьютерная мо дель» более строго определяется так:
- условный образ объекта или некоторой системы объектов (процессов, явлений), описанный с помощью взаимосвя занных компьютерных таблиц, блок-схем, диаграмм, гра фиков, рисунков, анимационных фрагментов, гипертек стов и так далее и отображающий структуру (элементы и взаимосвязи между ними) объекта. Компьютерные моде ли такого вида называют структурно-функциональны ми;
- отдельную программу или совокупность программ, позво ляющих с помощью последовательности вычислений и графического отображения их результатов воспроизводить (имитировать) процессы функционирования объекта при условии воздействия на него различных, как правило случайных, факторов. Такие модели называют имитаци онными.
Компьютерные модели могут быть простыми и сложны ми. Простые модели вы неоднократно создавали, когда изу чали программирование или строили свою базу данных. В системах трехмерной графики, экспертных системах, авто матизированных системах управления строятся и использу ются очень сложные компьютерные модели.
Пример. Прогресс в создании компьютерных графических изоб ражений продвинулся от каркасных образов трехмерных моделей с простым полутоновым изображением до совре менных реалистических картинок, являющихся образ цами искусства. Это явилось результатом успеха в более точном определении среды моделирования. Прозрач ность, отражение, тени, модели освещения и свойства поверхности — вот несколько областей, где напряженно работают группы исследователей, постоянно предлагаю щие новые алгоритмы создания все более реалистичных искусственных образов. Сегодня эти методы применяют ся и для создания качественной анимации.
Компьютерное моделирование имеет следующие преиму щества:
- дает возможность рассчитать параметры эффектов, изуче ние которых в реальных условиях невозможно, либо очень затруднительно по технологическим причинам;
- позволяет моделировать и изучать явления, предсказыва емые любыми теориями;
- является экологически чистым и не представляет опасно сти для природы и человека;
- обеспечивает наглядность;
- доступно в использовании.
Основное преимущество компьютерного моделирования заключается в том, что оно позволяет не только пронаблю дать, но и предсказать результат эксперимента при каких-то особых условиях. Благодаря этой возможности этот метод нашел применение в биологии, химии, социологии, эколо гии, физике, экономике и многих других сферах знания.
Компьютерное моделирование широко используется в обучении. С помощью специальных программ можно по смотреть модели таких явлений, как явления микромира и мира с астрономическими размерами, явления ядерной и квантовой физики, развитие растений и превращения ве ществ при химических реакциях.
Подготовка специалистов многих профессий, особенно та ких, как авиадиспетчеры, пилоты, диспетчеры атомных и электростанций, осуществляется с помощью тренажеров, управляемых компьютером, моделирующим реальные ситу ации, в том числе аварийные.
На компьютере можно провести лабораторные работы, если нет необходимых реальных устройств и приборов или если решение задачи требует применения сложных матема тических методов и трудоемких расчетов.
Компьютерное моделирование дает возможность «ожи вить» изучаемые физические, химические, биологические, социальные законы, поставить с моделью ряд эксперимен тов. Но не стоит забывать, что все эти эксперименты носят весьма условный характер и познавательная ценность их тоже весьма условна.
Компьютерные эксперименты — это инструмент ис следования моделей, а не природных или социальных яв лений.
Поэтому одновременно с компьютерным экспериментом всегда должен идти натурный, чтобы исследователь, сравни вая их результаты, мог оценить качество соответствующей модели, глубину наших представлений о сути явлений природы. Не стоит забывать, что физика, биология, астроно мия, информатика это науки о реальном мире, а не о вирту альной реальности.
Подведение итогов:
В научных исследованиях, как фундаментальных так и практически направленных (прикладных), компьютер не редко выступает как необходимый инструмент экспериментальной работы.
Компьютерный эксперимент чаще всего связан:
- с проведением сложных математических расчетов (чис ленное моделирование);
- с построением и исследованием наглядных и/или динамических моделей (компьютерное моделирование).
Под компьютерной моделью понимается программа (или программа в совокупности со специальным устройст вом), которая обеспечивает имитацию характеристик и по ведения определенного объекта, а также результат выполне ния этой программы в виде графических изображений (неподвижных или динамических), числовых значений, таб лиц и пр.
Различают структурно-функциональные и имитационные компьютерные модели.
Структурно-функциональная компьютерная модель — это условный образ объекта или некоторой системы объек тов (процессов, явлений), описанный с помощью взаимосвя занных компьютерных таблиц, блок-схем, диаграмм, графи ков, рисунков, анимационных фрагментов, гипертекстов и так далее и отображающий структуру объекта или его пове дение.
Имитационная компьютерная модель — это отдельная программа или программный комплекс, позволяющий с по мощью последовательности вычислений и графического ото бражения их результатов воспроизводить (имитировать) процессы функционирования объекта при условии воздейст вия на него различных случайных факторов.
Компьютерное моделирование — метод решения задачи анализа или синтеза системы (чаще всего сложной системы) на основе использования ее компьютерной модели.
Преимущества компьютерного моделирования заключа ются в том, что оно:
- дает возможность рассчитать параметры и смоделировать явления, процессы и эффекты, изучение которых в реаль ных условиях невозможно либо очень затруднительно;
- позволяет не только пронаблюдать, но и предсказать ре зультат эксперимента при каких-то особых условиях;
- позволяет моделировать и изучать явления, предсказыва емые любыми теориями;
- является экологически чистым и не представляет опасно сти для природы и человека;
- обеспечивает наглядность;
- доступно в использовании.
Метод компьютерного моделирования нашел применение в биологии, химии, социологии, экологии, физике, эконо мике, лингвистике, юриспруденции и многих других сферах знания.
Компьютерное моделирование широко используется в обучении, подготовке и переподготовке специалистов:
- для наглядного представления моделей явлений микро мира и мира с астрономическими размерами;
- для имитации процессов, происходящих в мире живой и неживой природы;
- для моделирования реальных ситуаций управления сложными системами, в том числе аварийных ситуаций;
- для проведения лабораторных работ, когда нет необходи мых устройств и приборов;
- для решения задач, если при этом требуется применение сложных математических методов и трудоемких расче тов.
Важно помнить, что на компьютере моделируется не объ ективная реальность, а наши теоретические представления о ней. Объектом компьютерного моделирования являются ма тематические и другие научные модели, а не реальные объ екты, процессы, явления.
Компьютерные эксперименты — это инструмент иссле дования моделей, а не природных или социальных явлений.
Критерием верности любого из результатов компьютерно го моделирования был и остается натурный (физический, химический, социальный) эксперимент. В научных и прак тических исследованиях компьютерный эксперимент может лишь сопутствовать натурному, чтобы исследователь, сравнивая их результаты, мог оценить качество модели, глубину наших представлений о сути явлений природы.
Важно помнить, что физика, биология, астрономия, эко номика, информатика — это науки о реальном мире, а не о виртуальной реальности.
Задания для самостоятельного выполнения:
Задание 1
Письмо, написанное в текстовом редакторе и отправленное по электронной почте, вряд ли кто-нибудь назовет компьютерной моделью.
Текстовые редакторы часто позволяют создавать не только обыч ные документы (письма, статьи, отчеты), но и шаблоны докумен тов, в которых есть постоянная информация, которую пользова тель не может изменить, есть поля данных, которые заполняются пользователем, а есть поля, в которых автоматиче ски производятся расчеты на основании введенных данных. Можно ли такой шаблон рассматривать как компьютерную мо дель? Если да, то что в этом случае является объектом моделиро вания и какова цель создания подобной модели?
Задание 2
Вы знаете, что перед тем, как создавать базу данных, сначала нужно построить модель данных. Вам также известно, что алго ритм — это модель деятельности.
И модели данных и алгоритмы чаще всего разрабатываются в расчете на компьютерную реализацию. Можно ли сказать, что в какой-то момент они становятся компьютерной моделью, и если да, то когда это происходит?
Примечание. Проверьте свой ответ на соответствие определению понятия «компьютерная модель».
Список использованной литературы
- Информатика. Систематический курс. Учебник для 11 класса гуманитарного профиля / С.А. Бешенков, Н.В. Кузьмина, Е.А. Ракитина. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2004. - 198 с.: ил.
2. Контрольная работа- Использование непроцессуальных познавательных мероприятий в доказывании
3. Вокруг Малого моря или Ольхонский свинг Дата Пробег.
4. во примечание Лекарственные препараты
5. Психология восприятия
6. Удушье и одышка у детей
7. Реферат на тему-
8. Особенности расселения населения на планете
9. Мировая валютная система валютный рынок и валютный курс
10. Гражданское строительство и прикладная экология отделение Энергетические и промышленногражданские со
11. Почвенный покров Москвы
12. ТАиМ Руководитель практики должность фамилия имя отче
13. Теория эволюционного цикла
14. организованного человека появился новый фактор ~ энергия общественного производства
15. Русь ІХ ХІV ст 2 1 3 Литовськопольська доба української
16. 30 узлов использование стандартных технологий на разделяемых средах передачи данных приводит к экономичным
17. тематических наук профессор Подпись Люберцы 2011 ОГЛАВЛЕНИЕ Введ
18. Что такое лидер и лидерств
19. Экономика Украины
20. 1 Гражданская правосубъектность РФ Признание государства субъектом гражданского права зафиксировано в с