Слайд 1Этапы компьютерного моделирования
Автор – Богачёва Г.В.,
Учитель информатики
144 лицей Санкт-Петербурга
Презентация
по теме «Моделирование»
к учебнику Н.В. Макаровой, 9 класс
Слайд 2I этап. Постановка задачи
Описание задачи
Цель моделирования
Анализ объекта
Слайд 3Описание задачи
Задача формулируется на обычном языке;
Если завтра утром группа
выйдет из туристического лагеря в 10 часов утра, ребята успеют
на 12-часовую электричку?
Определяется объект моделирования;
Представляется конечный результат.
По характеру постановки задачи можно разделить на две основные группы:
«Что будет, если?» (исследовать изменение характеристик объекта при воздействии на него)
Как изменится скорость автомобиля через 6 сек, если он движется прямолинейно и равноускоренно с начальной скоростью 3 м/с и ускорением 0,5 м/с2?
«Как сделать, чтобы?» (какое произвести воздействие, чтобы параметры объекта удовлетворяли заданному условию?)
Какого объёма должен быть воздушный шар, наполненный газом гелием, чтобы он мог подняться с грузом 100 кг?
Слайд 4Определение целей моделирования
Цели определяются в соответствии с поставленной задачей;
Поставленные цели
оказывают направляющее влияние на весь процесс моделирования.
Слайд 5Например, рассмотрим модель самолета:
для кассира по продажам авиабилетов существенными
признаками будут расположение рядов кресел, количество кресел в ряду, стоимость
билета для каждого места, наличие свободных мест;
для авиадиспетчера существенные признаки – скорость и высота самолета, направление и вид движения, взаиморасположение с другими самолетами, находящимися в контролируемом районе;
для технолога цеха, где происходит сборка самолета существенные признаки – наименование и количество деталей, порядок и способ их соединения, необходимое оборудование для обеспечения заданной надежности соединений, и прочее.
Слайд 6Анализ объекта
Чётко выделяются моделируемый объект и его основные свойства.
Результат анализа объекта появляется в процессе выявления его составляющих (элементарных
объектов) и определения связей между ними.
Слайд 7Хорошо поставленная задача:
описаны все связи между исходными данными и результатом
известны
все исходные данные
решение существует
задача имеет единственное решение
Примеры плохо поставленных задач:
Винни
Пух и Пятачок построили ловушку для слонопотама. Удастся ли его поймать?
Малыш и Карлсон решили по–братски разделить два орешка – большой и маленький. Как это сделать?
Найти максимальное значение функции y = x2 (нет решений).
Найти функцию, которая проходит через точки (0,1) и (1,0) (неединственное решение).
Слайд 8II этап. Разработка модели
Информационная модель
Знаковая модель
Компьютерная модель
Слайд 9Разработка информационной
модели
Выделяются объекты моделирования и дается их
развернутое содержательное описание (природа объектов, их зависимости, связи, свойства, характеристики);
Учитываются
только существенные свойства в зависимости от выбранной цели;
Слайд 10 Задача «Движение автомобиля»
Что моделируется?
- Процесс движения объекта «автомобиль»
Вид движения
- Равноускоренное
Что известно о движении?
- Начальная скорость (v0), ускорение (а),
максимальная развиваемая автомобилем скорость (vmax)
Что надо найти?
- Скорость (vj) в заданные моменты времени (ti)
Как задаются моменты времени?
- От нуля через равные интервалы (t2-t1)
Это ограничивает расчеты?
- vi < vmax
Такие характеристики объекта, как цвет, тип кузова, год выпуска и общий пробег, степень изношенности шин и многие другие, в данной постановке учитывать не будем.
Слайд 11В результате выстраивается описательная информационная модель, т.е. вербальная;
Формализация модели. Переход
от описательной модели к конкретному математическому наполнению. Указывается перечень параметров,
которые влияют на поведение объекта – исходные данные, и которые желательно получить – результат. Формализуются зависимости между выделенными параметрами, накладываются ограничения на их допустимые значения. Результат – математическая модель.
Слайд 12 Движение автомобиля. Информационная модель
Слайд 13Математическая модель к задаче «Движение автомобиля»
Слайд 14 Разработка компьютерной модели
Формализованная модель преобразуется в компьютерную с помощью
множества программных комплексов и сред (графические среды, текстовые редакторы, среды
программирования, электронные таблицы и пр.);
От выбора программной среды зависит алгоритм построения компьютерной модели и форма его представления.
Слайд 15III этап. Компьютерный эксперимент
План моделирования – должен чётко отражать последовательность
работы с моделью
Технология моделирования
Слайд 16План моделирования (последовательность работы с моделью)
Так как модель может содержать
ошибки, то первым пунктом в плане моделирования всегда разработка теста,
а затем – тестирование модели. В программировании это трансляция и отладка программы;
Можно использовать тестовый набор исходных данных, для которых конечный результат заранее известен;
Слайд 17Тестирование - это проверка модели на простых исходных данных с
известным результатом.
Примеры:
устройство для сложения многозначных чисел – проверка на
однозначных числах
модель движения корабля – если руль стоит ровно, курс не должен меняться; если руль повернуть влево, корабль должен идти вправо
модель накопления денег в банке – при ставке 0% сумма не должна изменяться.
Слайд 18Технология моделирования
(исследование модели)
Исследование заключается в проведении серии экспериментов, удовлетворяющих
целям моделирования.
Эксперимент – это опыт, который производится с объектом
или моделью.
Он заключается в выполнении некоторых действий, чтобы определить, как реагирует экспериментальный образец на эти действия.
Эксперимент сопровождается осмыслением итогов. Это служит основой для анализа результатов принятия решений.
Слайд 19Примеры:
устройство для сложения чисел – работа с многозначными числами
модель движения корабля – исследование в условиях морского волнения
модель
накопления денег в банке – расчеты при ненулевой ставке
Слайд 20IV этап. Анализ результатов
моделирования
Нужно ответить на вопрос: «Продолжать исследование, либо заканчивать?»
Если результаты не соответствуют целям поставленной задачи, значит на предыдущих этапах были допущены ошибки (неправильно отобранные свойства объекта, ошибки в формулах на этапе формализации, неудачный метод или среда моделирования, нарушение технологических приемов при построении модели).
Если ошибки выявлены, то требуется корректировка модели, т.е. возврат к одному из предыдущих этапов. Процесс повторяется до тех пор, пока результаты эксперимента не будут отвечать целям моделирования.
Слайд 21Источники:
Макарова Н.В. Информатика 9 – Санкт-Петербург: Питер, 2007.
Макарова Н.В.
Информатика 7-9 Задачник по моделированию – Санкт-Петербург: Питер, 2007.
Шелепаева А.Х.
Поурочные разработки по информатике. – М.:ВАКО, 2007
Филиппова Е.В. Этапы компьютерного моделирования, –
Поляков К.Ю. Модели и моделирование, – http://kpolyakov.narod.ru/index.htm
Конспект урока «Этапы компьютерного моделирования» –http://ivan101.narod.ru/gos/pril/18etapy-postr-modeley.htm
Пособие «Моделирование», – http://umk-model.narod.ru/p6.html