Компьютерное моделирование

предмета “Информатика” состояла в большей степени из языка программирования Qbasic. С

появлением современных ПК эта тема, естественно, перешла в тему «Компьютерное моделирование».

С понятием компьютерного моделирования тесно связаны такие названия моделей как:
математическая модель;
экономическая модель;
имитационная модель;
интерактивная;
модель компьютерного эксперимента;
и т.д.
И это естественно, так как компьютер и моделирование тесно связаны друг с другом. По сути дела, каждый учитель, в той или иной степени, занимается моделированием.

моделирования:

Исходный объект —
—прототип, оригинал
моделирование — процесс создания модели
моделируемый объект —

объект-заместитель

знак, характеристики.
моделируемый объект (объект-заместитель)
Образ
Знак
Характеристики
Образные модели:
муляжи, макеты, фотографии, рисунки, чертежи и

т.д., при условии, что на них нет надписей или других знаков

Знаковые модели:
модели, на основе искусственных языков
(нотные знаки, язык математических формул — математическое моделирование,
язык химических формул и т.д.)

Информационные модели:
модели, использующие
набор характеристик

мультипликация);
Имитационными:
имитирующими движение
имитирующими процесс решения задачи с помощью случайных чисел

(метод Монте-Карло)
Интерактивными
(модели, в которые добавлен интерфейс – связь
компьютера и пользователя ПК).

в первую очередь, связано с целью моделирования, что, в свою

очередь, обуславливает ту или иную степень формализации моделирующего объекта. Например: …моделируем графический объект –“КРУЖОК” —

Используя инструмент Заливка, получаем модель “ШАР”

случае и модель приобретает другую разновидность. Например, те же модели,

как объекты Paint или Word (автофигуры), в среде Qbasic, как объекты программирования могут быть преобразованы из простейшей анимацион-ной модели движущегося шарика в ими-тационно-анимационную модель строения нашей солнечной системы или имитационно-анимационную модель строения атома или броуновского движения (зависит от цели моделирования).

МОДЕЛЬ КАК ОБЪЕКТ СРЕДЫ

ученики с большим интересом продолжают моделировать, создавая все

более сложные имитационные модели.
При этом, отмечается повышение интереса к языку программирования, к его более глубо-кому изучению: (организации циклов с одновременным воспроизведением предыдущих программных конструкций. Изменяя параметры, подбирая траектории движения, ученик активно работает над многочисленными расчетами.
Приведу примеры некоторых работ второго года изучения программирования (7 кл ) cvetfr4.bas, cvetfr6.bas, skv318.bas

приемами имитационно-анимаци-онного компьютерного моделирования, инте-
рес к этой теме

не ослабевают и в старших классах.
Появляется интерес к иллюстрационным моделям с имитацией звука пишущей машинки и использованием текстовых функций ALEKS.bas,
делаются первые шаги к созданию интерактивных моделей в режиме диалога PavelM1.bas

темы, стараюсь в обязательном порядке, после постановки задачи, перед алгоритмизацией,

перейти к построению математической модели задачи, например по теме “Одномерные массивы. Поиск мини-макса. Фиксирование индекса”

Математическая модель задачи
“ПОИСК MIN/MAX В ОДНОМЕРНОМ МАССИВЕ”
n – количество элементов в массиве А
A(i) – элемент массива А(i) i=1,n; A(i) = RND*100
MIN — минимальный элемент массива А;
IMIN — индекс (позиция) минимального элемента в массиве А;
MAX — максимальный элемент массива A;
IMAX — индекс (позиция) максимального элемента в массиве A;
А(1), первоначально
MIN = A(i), если A(i) < MIN, для i=1,n;

1, первоначально
IMIN = i, если A(i) < MIN, для i=1,n;

A(1), первоначально
MAX = A(i), если A(i) > MAX, для i=1,n;

1, первоначально
IMAX = i,если A(i) > MAX, для i=1,n;

математических моделей задач, учениками, под моим руководством, создаются интерактивно-ани-мационные демо-версии

задач типа “ВАГОН”, “Камера хранения”, модели, которые от типовых информа-ционных моделей (характеристик типа Величина, Имя) , с добавлением описания поведения и интер-фейса становятся вышеназванными моделями (KAMBAG.bas, VAGVAG.bas).
По этим же темам : интерактивные модели “Решение системы линейных уравнений матричным способом (метод Гаусса)”, (метод Гаусса)”, , “ Идентификация материала по модулю Юнга”) .

π” и “Вычисление площади произвольной фигуры” с созданием имитационной модели

решения.

имитационной модели графического мини-редактора для создания произвольной фигуры, площадь которой

необходимо определить. LITKIN

По теме “Звук и графика” под моим руководством было создано большое количество анимационных моделей. Эти наработки демонстрировались на одном из открытых уроков. Был нестандартный урок “Конференция молодых специалистов”.
Математическая модель ”Метод приближенного извлечения корней” была заявлена на городскую научно-практическую конференцию (3 место)
Хорошие результаты получаются при моделировании в среде PowerPoimt:
активизация изучения работы с объектами в данной среде;
совершенствование навыков формализации модели. ссылка Надя


Во время знакомства с графическим редактором Paint ученик может ознакомиться с конструированием сложной модели, составляя, например, сложный рисунок с повторяющимися первичными простыми объектами (вырезка, копирование, поворот…).

Например, после интегрирован-ного школьного урока в 9 классе “Знакомство с

электронной энциклопедией по астрономии”, ученики обучались приемам моделирования различных страничек:

“Что мы знаем о Луне?”;
“Планеты солнечной системы и их спутники”;
“Планеты в цифрах”
Масса;
Диаметр;
Температура поверхности;
Длительность звездных суток;
Период обращения по орбите.
“Кометы” ;
И др.

вблизи Луны имеет больший, чем у Луны, угловой раз-

мер,  поэтому  пересечение  Луною
  этой  тени  может длиться десятки минут.
Сначала Луны слева  касается
  едва  видимая  полутень Земли (для наблюдателя на Луне, стоящего в полутени, Солнце частично загороже-
но Землею). Пересечение Луною полутени длится около часа, после чего,  Луны касается тень (для того же наблюдателя на Луне, в тени, Солнце  загорожено Землею полностью). 

Вставка ? Фильмы и Звук

для математического моделирования, так как быстро и виртуозно выполняет трудоемкую

работу по расчету и пересчету количественных характеристик исследуемого объекта или процесса. Моделирование в электронных таблицах проводится по общей схеме, которая выделяет четыре основных этапа: постановка задачи, разработка модели, компьютерный эксперимент и анализ результатов. Например, задача “Решение линейных уравнений методом обратной матрицы”
Постановка задачи: Решение системы линейных уравнений указанным методом
Моделирование – подбор необходимых формул для решения задачи методом обратной матрицы и алгоритмизация задачи (формализация задачи).
Компьютерный эксперимент – тестирование задачи при различных исходных данных.
Анализ полученных результатов – найдено ли решение, удовлетворяющее условию задачи

к задачам, имеющим следующую обобщенную формулировку: какое надо произвести воздействие

на объект, чтобы его параметры удовлетворяли некоторому заданному условию. Эта группа задач часто называется «как сделать, чтобы…». В эту группу задач вошли такие задачи, уже апробированные мной на компьютерных практикумах Excel предыдущих лет обучения, как “Решение системы линейных уравнений инструментом Поиск решений”, “Моделирование распознавания ситуации попадания точки с координатами X,Y в заданную область методом условного форматирования ”, “Моделирование распознавания ситуации попадания точки с координатами X,Y в заданную область методом условного форматирования и построением диаграммы”, “Моделирование объектов”, “Моделирование распознавания ситуации попадания точки с координатами X,Y в заданную область методом условного форматирования и построением диаграммы”, “Моделирование объектов (дом, шахм) в Excel, используя форматирование ячеек и простейший макрос”, “Решение систем нелинейных уравнений методом Поиск решений”, “Моделирование распознавания интервалов функции, в которых функция не определена”

над анимацион-ными моделями в Excel кругкруг/пузырь, над моделированием поверхностей в

среде Excel, с использованием тригонометрических функций повдиагр , над математическим моделированием логических функций, с использованием СДНФ и СКНФ, мат. моделированием логического вывода, логических функций по комбинационным схемам Госта (элементы Вебба, Шеффера фрагм

которой текст представляет собой множество фрагментов с явно указанными ассоциативными

связями между этими фрагментами.

Ассоциативная связь между фрагментами называется гиперссылкой, которая может быть записана явно с помощью специального языка гипертекстовой разметки документов HTML (Hyper Text Markup language) или при помощи объявления гиперссылки в том или ином приложении (PowerPoint, Word)

Одним из перспективных направлений развития гипертекстовых систем является технология гипермедиа – соединение технологии гипертекста и технологии мультимедиа (интеграции текста, графики, звука, видео).

Примерами разработки гипермедийных приложений являются различные электронные издания – справочники, энциклопедии, обучающие программы.

Professional
Выделить слово ? Вставка ? Гиперссылка…

Пусть необходимо разработать модель документа, в котором структура заданий может

быть сразу продемонстрирована их реализацией в требуемой для них среде, например в среде Excel
Для этого можно выбрать простейший текстовый редактор Notepad (Блокнот), ввести текст с использованием дескрипторов с соответствующими параметрами
Закрыть рабочее окно приложения Блокнот с расширением .htm При этом документ примет вид значка Internet Explorer
При запуске “головного HTM-текста” работа с заданиями будет реализовано по цепочке гиперссылок

с целью обучения школьников навыкам моделирования в различных средах предмета

“ИНФОРМАТИКА”, т.е. категория компьютерного моделирования «МОДЕЛЬ КАК ОБЪЕКТ СРЕДЫ»:

Модель как объект программирования;
Модель как объект текстового процессора Word;
Модель как объект табличного процессора Excel;
Модель как объект графического редактора Paint;
Модель как файл с HTML-кодом;
Модель как объект PowerPoint

или иным учеником (или группой) предпола-гает руководство, помощь и контроль

за сложным комплексом предварительных работ, связанных с целевым компьютерным моделированием:
Анализ Постановки задачи, описание задачи
Выработка четкой основной цели моделирования;
Формализация задачи и, как следствие этого, выработка четких промежуточных целей. Часто целями (основной и промежуточ-ных) являются ответы на уточняющие вопросы в соответствии с постановкой задачи ;
Анализ и изучение различных возможных сред моделирования, сопоставление их достоинств и недостатков с целью принятия окончательного решения по выбору среды моделирования;
Компьютерное моделирование с многократным тестированием модели
Выбор способа презентации модели

материала и его объема может быть очень продолжительным по времени

его исполнения. Например, компьютерное моделирование обучающего электронного пособия «Работа в среде стандартного приложения Windows Paint», выполненная учеником Машковцевым Владимиром (11 а класс 2003/2004г.) и заявленная на городскую практическую конференцию 2004г. (3 место) продолжалось один год и включало в себя следующий комплекс работ:

среде графического редактора Paint. Первое основное требование: простота и легкость

использования электронного пособия.
Формализация задачи:
Прототип моделирования должен отвечать современным требованиям разработки электронного пособия – должен базироваться на использовании гиперссылок, иметь либо стандартный Web-дизайн или свой (уникальный), обладать свойством интерактивности
Пользователь должен иметь возможность одновременного использования электронного пособия и графического редактора Paint (тип пособия “Прочитал ? Сделал”).
Интерфейс пособия должен соответствовать требованиям перехода на любую структурную часть пособия и возврата в исходную точку;
Точки переходов и возвратов должны нести четкую однозначную нагрузку
II этап. Моделирование в соответствии с формализацией задачи на языке разметки гипертекста HTML
III этап. Многократный компьютерный эксперимент (отладка модели)
IV этап. Анализ результатов. “Обкатка” электронного пособия на основных и факультативных уроках информатики (Пособие получило всеобщее признание).

разработка видеопроекта, тематика или структура которого позволит использовать его в

качестве дополнительного средства обучения.
Промежуточные цели:
Выбор темы и жанра видеопроекта (видеофильм, документальные зарисовки, мультипликационные и видеоклипы, рекламные ролики, телепередачи);
научиться работать с видеотехникой и составлять сценарный план;
научиться оцифровывать отснятый материал;
создавать сценарный образ;
научиться организации монтажа собственного материала и материала, заимствованного из дополнительных источников, необходимого для усиления сценарного образа;
наконец, выбор формы презентации видеопроекта.

жанра видеопроекта, то задачу предстояло решать комплексно. Вначале необходимо было

провести большую исследовательскую работу с одновременным изучением и неоднократным компьютерным экспериментом по типу “Что будет, если…”. Эта работа проводилась поэтапно:

эксперимент (отладка модели) и, наконец, анализ результатов. Продолжительность работы над

видеопроектом составила два учебных года. Работа дважды была заявлена на городскую научно-практическую конференцию (2003/2004 уч. год – 3 место; 2004/2005 уч. Год – 1 место). Интерактивный видеопроект был приурочен к юбилею (400 лет) монастыря Нило Столобенская Пустынь, получил название «Остров духовного утешения» и демонстрировался на школьных уроках Православной Культуры

разновидностей компьютерных моделей служат такие системные понятия, как образ, знак,

характеристики.
В зависимости же от поведения и состояния, модели могут быть анимационными (компьютерная мультипликация), имитационными (имитирующими движение, имитирующими реальный вычислительный процесс, заменяя его процессом на основе псевдослучайных чисел (метод Монте-Карло), интерактивными (модели, в которые добавлен интерфейс – связь компьютера и пользователя ПК).
Среда, в которой “обитают” модели, может быть различной. В этом случае и модель приобретает другую разновидность.
компьютерное моделирование – это очень благодатная почва, т. к. открывает огромный творческий потенциал детей и, однажды заронив в них искорки компьютерного творчества, можно ожидать хороших результатов в будущем детей (Вова Федоров, Алеша Семенов, Игорь Огарев, Саша Катков, Аня Юдашкина, Юра Никитин, Суворов Роман, Павел Алексеев, Володя Машковский, Сережа Полозов, Саша Королевский, Сысолятина Надя, Сережа Михайлов и др.).
Компьютерное моделирование можно, кроме того, рассматривать как мощный инструмент мотивации к обучаемости и самообучаемости предмету Информати-ка, так как побуждает учеников к самостоятельному поиску более глубоких зна-ний в этой области и применять их на практике в процессе многочисленных компьютерных экспериментов. В результате – неоднократные призовые места на городских олимпиадах по информатике и городских научно-практических конференциях.