Моделі використовують для пояснення відомих фактів. Приклади інформаційних моделей у школі. Типові приклади образної інформаційної моделі

Коли людина чує слова «модель» і «моделювання», перед її думкою зазвичай пробігають картинки з його дитинства: зменшені копії автомобілів і літаків, глобус, манекен, макети будівель... Ці та багато інших речей часто відображають якісь загальні властивості або функції цих предметів або об'єктів, лише у спрощеному вигляді. Використовуючи такі моделі можна простіше пояснити особливості оригіналу. Інформаційна модель, приклади якої наочно і зрозуміло пояснюють багато складних розуміння процеси, також підпорядковується основним вимогам моделювання.

Цілі

Вищесказане може призвести нас до такого висновку: моделі, будучи подібністю до реальних предметів або процесів, не повинні відображати всі властивості оригіналів, а лише ті характеристики, які в певній ситуації більш потрібні для їх застосування. Немає необхідності відображати все різноманіття властивостей об'єкта – це може призвести до ускладнення моделі та незручності її використання. Тому дуже важливо розуміти, з якою метою було створено модель, які її параметри мають бути відображені у даному конкретному випадку. При моделюванні необхідно суворо дотримуватися такого логічного ланцюжка: «об'єкт – ціль – модель».

Інформаційна модель приклади. Системний аналіз

При формуванні мети моделювання постає питання правильності та повноти створення списку якостей та характеристик майбутньої моделі. Опис об'єкта моделювання часто називають терміном "інформаційна модель". Приклади її використання можна побачити у різних формах: графічних, словесних, табличних, математичних та багатьох інших. Чим точніше інформаційна модель, тим якісніше і повніше вона відображає сукупність властивостей оригінального об'єкта. Тому необхідно виділити лише необхідні параметри для моделювання і встановити зв'язки між ними. Цей процес називається системним аналізом.

Форма уявлення

Однією з характеристик інформаційної моделі є її уявлення, що тісно пов'язані з метою створення образу. Якщо однією з вимог до проекту є його наочність, використовується графічна інформаційна модель. Приклади такої визначити легко: електричні схеми, карти території, різні графіки і креслення. Причому одні й самі дані, наприклад, графік зміни температури протягом місяця, можна у різних формах, наприклад, в табличній чи текстової.

Використання моделювання

Коли інформаційна модель сформована, її параметри можна використовувати вивчення реального об'єкта, прогнозування його поведінки у різних умовах, проведення розрахунків. Часто використовують змішані інформаційні моделі. Приклади використання такої форми моделювання часто можна зустріти в будівництві, коли формуються та відображаються окремі характеристики складного об'єкта, наприклад будівлі, у вигляді креслень, математичних розрахунків міцності та допустимих навантажень.

Ще одним яскравим прикладом змішаної інформаційної моделі є географічна карта з її топографічними символами, написами, таблицями. Така модель може також представлятися як графіків, діаграм, таблиць, схем. Останні умовно поділяються на карти, блок-схеми та графи.

Класифікація

Для зручності роботи з інформаційними моделями їх умовно поділяють на кілька великих блоків: у сфері використання, фактору часу, галузі знань і формі представлення. Також їх ще можна розділити за типом побудови (табличні, ієрархічні та мережеві), за формою подання даних (знакові та образно-знакові) та за об'єктом (опис властивостей об'єкта чи процесу).

Типові приклади образної інформаційної моделі

Форми моделей цього відрізняються графічним зображенням об'єкта, зафіксованим на якому-небудь носії інформації (плівці, папері, дошці).

До такого типу моделей можна віднести різні фотографії, малюнки, графіки. Приклади образної інформаційної моделі часто зустрічаються у навчальних закладах, де на плакатах надається багато інформації у графічному вигляді. Ще один варіант її використання – ілюстрації у будь-якому шкільному підручнику, такі як схема побудови військ на битві під Сталінградом. Приклади образної інформаційної моделі можна побачити і в наукових організаціях, де проводиться поділ об'єктів за їхньою зовнішньою ознакою.

Класифікація моделей за часом

Моделі можуть бути статичними та динамічними. Характеристики об'єкта певний зріз часу описують статичні інформаційні моделі. Приклади їх використання можна зустріти при будівництві будинку, коли розглядаються його міцність та стійкість до статичного навантаження. Або в стоматології, де описується стан ротової порожнини пацієнта під час поточного прийому: кількість пломб, наявність дефектів і т.д.

Якщо розглядати динаміку зміни стану пацієнта за кілька прийомів або протягом кількох років, то при описі тих самих характеристик використовуватиметься динамічна модель.

Приклади динамічних інформаційних моделей зустрічаються під час роботи з факторами або характеристиками, що змінюються у часі. Серед них зміни температур, сейсмічні коливання та ін.

Вербальні моделі

До інформаційних відносять і вербальні моделі, що подаються у розмовній чи уявній формі. Вони ще мають назву "словесні інформаційні моделі". Приклади такого моделювання можна спостерігати при керуванні автомобілем: ситуація на дорозі, показання світлофорів, швидкість сусідніх автомобілів тощо аналізуються людиною. У цьому виробляється певна модель поведінки. Якщо поточна ситуація правильно змодельована, то цей відрізок шляху буде безпечним. Якщо ні, то велика ймовірність аварії.

Також до вербальних моделей відносять риму, що промайнула в мозку поета, або поки не нанесений на полотно образ пейзажу перед думкою художника.

До вербального типу відносять і описову інформаційну модель, яка є письмовим або усним описом об'єкта засобами мови. Приклад описової інформаційної моделі: проза у художніх книгах, описи у художній літературі, текстовий опис подій та об'єктів.

Знакові моделі

Якщо характеристики об'єкта постають у вигляді спеціальних знаків, відображені засобами формальної мови, то вони є знаковими інформаційними моделями. Приклади цих оточують нас з усіх боків: графіки, схеми, тексти тощо.
Знакові та вербальні моделі тісно взаємопов'язані між собою: уявний образ можна вдягнути у знакову форму, а знакова модель формує певний уявний образ. Наприклад, прочитавши опис будь-якого явища, людина створює собі його модель, та й, зустрівши це явище в житті, може його впізнати за сформованою моделлю.

Знакові інформаційні моделі можна поділити на геометричні, словесні, математичні, структурні, логічні, спеціальні.

Математичні моделі

Як варіант знакової можна розглянути математичну інформаційну модель. Її особливість у тому, що характеристики, параметри чи процеси представлені математичними формулами. Також цей вид визначає співвідношення між кількісними характеристиками об'єктів. Наприклад, знаючи масу тіла, ми можемо обчислити швидкість його вільного падіння у певний момент часу. У цьому інформаційні об'єкти зазвичай представлені у вигляді математичних.

Математичні моделі можна розділити на безліч типів: статичні, динамічні, дискретні, безперервні, імітаційні, імовірнісні, логічні, множинні, алгоритмічні, ігрові і т.д.

Табличні моделі

Модель, об'єкти чи властивості якої представляються як списку, які значення розташовуються у осередках прямокутної таблиці, називають табличной. Це один із найпоширеніших типів передачі інформації. За допомогою таблиць є можливість сформувати статичні та динамічні інформаційні моделі у різних прикладних областях. У житті ми використовуємо це, наприклад, коли створюємо розклад транспорту, програму телепередач, щоденник погоди тощо.

Види табличних інформаційних моделей

Таблиці бувають трьох видів: двійкові, об'єкт-властивість, об'єкт-об'єкт. Для того, щоб навести приклади табличних інформаційних моделей, потрібно розібрати їхню структуру.

У таблицях типу «об'єкт-об'єкт» у першому рядку та у першому стовпці перераховуються об'єкти. У інших осередках відбивається взаємовідносини з-поміж них. Таблиця, в стовпцях і рядках якої є назви міст, а інформаційне наповнення показує наявність якісного характеру зв'язку з-поміж них (наявність прямої дороги), може бути зразком типу «об'єкт-об'єкт».

У таблицях типу «об'єкт-властивість» у кожному рядку розміщуються параметри одного об'єкта чи події, а стовпчиках міститься інформація про їх характеристики чи властивості. Прикладом структури такого типу може бути інформація про зміну стану погоди у різні дні.

Ієрархічні та мережеві інформаційні моделі

Табличні моделі зручні для невеликих об'єктів. При створенні складної системи модель може стати занадто великою та незручною для використання саме через те, що вона представлена ​​у вигляді прямокутної таблиці. Наприклад, якщо створити в табличному вигляді схему ліній метрополітену з об'єктами-станціями та вказівкою, чи є між ними перехід чи перетин, то така таблиця матиме величезну надмірність – понад десять тисяч значень, і користуватися нею виявиться дуже складно.

Ієрархічні системи зазвичай представлені у графічному вигляді, у формі графів – зв'язків між об'єктами, розподіленими за рівнями. Усі елементи верхніх рівнів складаються з елементів нижніх, а елементи нижнього рівня належать лише одному елементу вищого рівня. Приватний приклад моделі такого типу – генеалогічне дерево.

Мережеві моделі компактніші, тому що відображають найважливіші зв'язки між об'єктами. Найчастіше вони представлені у наочному графічному вигляді. Прикладом такої моделі є схема ліній метрополітену.

Використання інформаційних моделей у процесі моделювання на комп'ютері

Здійснювати моделювання зручно з використанням обчислювальної техніки. Сам процес можна умовно розбити кілька етапів.

Спочатку проводиться побудова інформаційної моделі: визначення дослідження, виділення важливих параметрів об'єкта, відповідних цієї мети, видалення несуттєвих параметрів.

На другому етапі відбувається створення формалізованої моделі: проводиться вираз описової інформаційної моделі засобами формальної мови, фіксуються відносини між величинами та ставляться необхідні обмеження на їх зміну.

На наступному етапі здійснюється перетворення формалізованої моделі на комп'ютерну, тобто складання алгоритму, проведення розрахунків, написання програм або використання спеціалізованого ПЗ.

Після перевірки правильності створення моделі та її відповідності призначеній меті починається безпосереднє використання. У разі необхідності проводиться корекція.

Застосування обчислювальної техніки помітно спрощує створення інформаційних моделей, зміну, виправлення. Є можливість помістити змодельований об'єкт у будь-яке оточення та перевірити його поведінку чи трансформацію характеристик у різних умовах, не піддаючи його при цьому впливу даних факторів.

Які приклади інформаційних моделей можна навести для навчальних закладів? Як педагоги можуть використати їх у своїй роботі? Спробуймо разом знайти відповіді на поставлені запитання.

Що таке модель

Що таке знакові інформаційні моделі? Приклади їх використовують у роботі всі вчителі, які володіють сучасними інформаційними технологіями. У загальному вигляді модель – це різні способи подання аналізованої реальності.

Різновиди

Можна навести приклади інформаційних моделей матеріального та ідеального виду.

Натурні варіанти базуються на об'єктивному прикладі, вони існують незалежно від людини, її свідомості. В даний час їх поділяють на фізичні та аналогові варіанти, які ґрунтуються на явищах, пов'язаних з предметом, що вивчається.

Ідеальні моделі пов'язані з мисленням людини, її сприйняттям, уявою. Серед них можна відзначити інтуїтивні, які не підходять під жодний варіант класифікації.

Наводячи приклади образної інформаційної моделі, можна згадати одну з таких моделей. Розглянемо докладніше їхню класифікацію.

Текстові ідеальні моделі

Вербальні моделі застосовують викладачі гуманітарного циклу. Вони допомагають описувати послідовними пропозиціями певну область, явище, об'єкт, подію. Як виглядатиме така інформаційна модель уроку? Приклад візьмемо із курсу літератури. Під час вивчення роману Л. М. Толстого «Війна і мир», вчитель описує образ Наташі Ростової. І тому він користується саме текстової моделлю. Діти, слухаючи педагога, створюють з урахуванням його сприйняття образу цієї героїні, свій образ героїні Толстого.

Якщо вчитель історії просить своїх вихованців: «Наведіть приклади образної інформаційної моделі подій, що сталися під час Куликівської битви, ґрунтуючись на переглянутих фрагментах», хлопці створюють свій образ тієї битви. Вони передають його у вигляді пов'язаних у розповідь речень.

Можна навести приклади інформаційних моделей вербального вигляду та з курсу фізики. При вивченні теми «Тиск твердих тіл» у сьомому класі вчитель розповідає дітям, як складно пересуватися пухким снігом без лиж. Потім школярам пропонується пояснити причину такого явища, виявити параметри, від яких залежить фізична величина, що вивчається. Образ, що виникає у свідомість хлопців після розповіді педагога, допомагає відповісти на поставлене питання.

Як приклади такої моделі можна відзначити підручник, правила дорожнього руху.

Математичні моделі

Вони вважаються широким класом знакових моделей. Грунтуються математичні моделі з використанням співвідношень, порівнянь, інших методах, застосовуваних у цій науці. Наводячи приклади інформаційних моделей, заснованих на математичних методах, можна згадати розв'язання квадратних рівнянь, складання пропорцій. Усі розділи геометрії, що передбачають виведення та доказ теорем, також пов'язані з побудовою математичної моделі. Не обходиться без них такий шкільний предмет як економіка.

Інформаційні моделі

Вони вважаються класом знакових моделей, що описують будь-які інформаційні процеси: появу, передачу, зміну, застосування інформації у різних системах. Приклади табличних інформаційних моделей у школі можна знайти в курсі географії 10 класу. При вивченні економічної географії таблична модель допомагає наочно бачити основні характеристики країни, використовувати матеріал упорядкування повного оповідання.

Крім того, приклади табличних інформаційних моделей можна знайти в будь-якому шкільному курсі. У хімії це таблиця розчинності сполук, і навіть періодична система Менделєєва. У фізиці без таблиць вчителю важко пояснити основні терміни, що вивчаються у темі «Електрика». В історії за їх допомогою здійснюється систематизація знань, хлопці вписують в один стовпчик важливі історичні дати, а в іншому – описують події, які їм відповідають.

Взаємозв'язок моделей

Між інформаційними, математичними, вербальними моделями є умовна грань. Усі 3 приклади інформаційних моделей зустрічаються у шкільних дисциплінах. Так, для математики, фізики, інформатики, найбільш затребуваними вважають математичні та інформаційні варіанти. Але без вербальної моделі хлопці не зможуть пояснити явища, алгоритми, рівняння та нерівності.

Особливості моделювання

Перш ніж розглядати приклади графічних інформаційних моделей, з'ясуємо особливості моделювання. Модель є об'єкт, створений штучно. Це потрібно спрощення ставлення до реальному об'єкті чи явище. Модель повною мірою відбиває всі особливості самого вихідного процесу. Якщо завдання: «Наведіть приклад інформаційної моделі», необхідно розуміти суть процесу.

Йдеться про побудову моделі, що призначена для вивчення інформаційних явищ, процесів. В інформатиці як такий предмет можна розглядати програмування. Використовуючи певну математичну мову програмування, можна подати текстовий матеріал у графічному вигляді.

Моделювання передбачає побудову тієї моделі, яка призначена для дослідження та вивчення вихідного об'єкта, явища, процесу. Створена копія лише наділена тими властивостями і якостями, які притаманні вихідного предмета, але допускає деякі відхилення від ідеалу.

Діяційний підхід

Повноцінні моделі можна отримувати під час використання системного підходу. Це особливо актуально у межах освітніх закладів. Перетворення, які торкнулися шкіл останніми роками, дозволили встановити логічний зв'язок між окремими дисциплінами.

Такий діяльнісний варіант навчання сприяє формуванню гармонійно розвиненої особистості, що розуміє єдність живого світу, взаємозв'язок окремих процесів та явищ.

Якщо вчителі просять: "Наведіть приклад інформаційної моделі", він сміливо може обирати будь-який навчальний предмет. Немає такої дисципліни, в якій не застосовувалися б таблиці, графіки, діаграми, презентації.

Особливості сучасної школи

Нові стандарти, введені в російські школи, передбачають розгляд одного явища з різних точок зору. Наприклад, з курсу фізики хлопці дізнаються, що електрони необхідні протікання в металах електричного струму. Вони отримують інформацію про заряд цієї негативної частки, визначення їх кількості в різних металів. На уроках хімії школярам розповідають про можливість розміщення електронів на енергетичних рівнях.

Під час вивчення теми «Окислювально-відновні реакції» у школярів з'являється інформація про те, що відбувається з цими негативними частинками при хімічній взаємодії. Незважаючи на те, що інформація надається з різних позицій, йдеться про один об'єкт - електрони. Подібний системний підхід дозволяє формувати у свідомості школярів повне уявлення про будову речовини, її перетворення.

У наведеному прикладі об'єкт, що вивчається, розглядається як повна система, складова частина єдиного цілого (речовини). Залежно від навчальної дисципліни використовують певні показники, доповнення. У разі системного підходу перше місце виходять причинні пояснення існування об'єкта, а необхідність включення з нього інших складових частин.

Особливого значення формування універсальних моделей набуває при експериментальній діяльності. Використовуючи персональний комп'ютер, можна провести обчислення параметрів, які будуть пов'язані з об'єктом, що аналізується.

Таке моделювання важливе для наукового пізнання природних явищ. У шкільному курсі інформатики такі події називають обчислювальним експериментом, що базується на трьох важливих поняттях: моделі, алгоритмі, програмі.

Використання в рамках школи персонального комп'ютера можливе за трьома основними варіантами:

• проведення з допомогою ПК прямих розрахунків;
• створення бази даних, перетворення їх у програму чи певний алгоритм;
• підтримка між комп'ютером та школярем інтерфейсу.

Ознаки моделей

Серед найпоширеніших ознак, якими можна провести класифікацію всіх моделей, виділимо: мета застосування, сферу знань, тимчасової чинник, варіант представлення.

Залежно від цього, яка мета поставлена ​​перед моделлю, виділяють досвідчені, навчальні, ігрові, імітаційні, науково-технічні варіанти моделей. Так, наприклад, на початковому ступені шкільної освіти, найбільш застосовними та значущими ігрові технології, що дозволяють хлопцям відчути себе у ролі вчителя, лікаря, поліцейського. Ігрові моделі у дітей семи-восьми років добре сформовані, оскільки в дошкільних освітніх закладах вони застосовуються як обов'язковий елемент при формуванні особистісних якостей дитини.

Різновиди моделей

Залежно від галузі знань, котрим складається модель, нині виділяють економічні, біологічні, соціологічні, хімічні види. Наприклад, для природничо циклу важливо сформувати таку модель, яка б дозволяла пояснювати явища, що відбуваються в живій і неживій природі. У соціології акцент роблять процеси, які у соціумі.

За тимчасовим фактором виділяють статичні та динамічні варіанти моделей. Статичний варіант характеризує параметри та будову об'єкта, дозволяє описувати обране явище (об'єкт) у конкретний проміжок часу, допомагає отримувати достовірну і своєчасну інформацію.

У будь-якій моделі існує конкретна форма, вид, варіант подання, опис. У школі передбачається розгляд переважно матеріальних і нематеріальних моделей, залежно від специфіки навчальної дисципліни.

Матеріальні моделі припускають реальне втілення, вони повною мірою повторюють внутрішню чи зовнішню будову самого об'єкта. Наприклад, у географії як таку зменшену модель виступає макет земної кулі (глобус), на якому нанесені всі моря та океани, материки та острови. Дані моделі безпосередньо пов'язані з дослідницьким підходом до навчання сучасних школярів. Вони потрібні при викладанні хімії, фізики, біології, астрономії, географії.

Нематеріальне моделювання передбачає використання теоретичного способу пізнання.

Висновок

Будь-яка інформаційна модель являє собою сукупність інформації про явище, об'єкт, процес. З її допомогою можна охарактеризувати будь-який процес, що відбувається в живій та неживій природі. Різноманітні графіки, карти, таблиці, діаграми, що активно застосовуються педагогами на всіх щаблях навчання, дають свій позитивний результат.

Інтуїтивне (думкове) моделювання сприяє створенню першого враження про процес, що відбувається в хімії чи біології. Завдяки сукупності всіх варіантів інформаційних моделей у підростаючого покоління нашої країни формується адекватна оцінка єдності живого та неживого світу. Випускники шкіл можуть самостійно вибудовувати будь-які моделі, використовувати їх для вивчення, аналізу, оцінки подій та явищ.

4. Моделювання та формалізація(9 кл).

4. 1 Моделі та моделювання

Людина прагне пізнати об'єкти навколишнього світу, вона взаємодіє з існуючими об'єктами та створює нові об'єкти.

Одним із методів пізнання об'єктів навколишнього світу є моделювання,що полягає у створенні та дослідженні «заступників» реальних об'єктів. "Об'єкт-заступник" прийнято називати моделлю, а вихідний об'єкт - прототипомабо оригіналом.

Модель– це об'єкт, який має деякимивластивостями іншого об'єкта ( оригіналу) і використовується замість нього.

Наприклад, у розмові ми замінюємо реальні об'єкти їх іменами, оформлювачі вітрин використовують манекен – модель людської фігури, конструктори будують моделі літаків та автомобілів, а архітектори – макети будівель, мостів та парків. Модель є будь-який наочний посібник, що використовується на уроках у школі: глобус, муляж, карта, схема, таблиця і т.п.

Що можна моделювати?

Можна будувати моделі об'єктів.Наприклад ,

Зменшені копії будівель, кораблів, літаків, …

Моделі ядра атома, кристалічних ґрат

Креслення

Можна будувати моделі процесів.Наприклад ,

Зміна екологічної ситуації

Економічні моделі

Історичні моделі

Можна будувати моделі явищ.Наприклад ,

Землетрус

Сонячне затемнення

Моделі використовуються людиною для:

Подання матеріальних предметів (макет забудови житлового району у майстерні архітектора);

Пояснення відомих фактів (макет скелета людини у кабінеті біології);

Перевірки гіпотез та отримання нових знань про досліджувані об'єкти (модель польоту літака нової конструкції в аеродинамічній трубі);

прогнозування (зроблені з космосу фотографії руху повітряних мас);

управління (розклад руху поїздів) тощо.

Модель важлива не сама по собі, а як інструмент, що полегшує пізнання чи наочне уявлення об'єкта. Моделювання– це процес створення та використання моделей для вивчення оригіналів.

Коли використовують моделювання:

оригінал не існує

Стародавній Єгипет

Наслідки ядерної війни

дослідження оригіналу небезпечне для життя або дорого:

Випробування нового скафандра для космонавтів

Розробка нового літака чи корабля

оригінал складно дослідити безпосередньо:

Сонячна система, галактика (великі розміри)

Атом, нейтрон (маленькі розміри)

Процеси у двигуні внутрішнього згоряння (дуже швидкі)

Геологічні явища (дуже повільні)

цікавлять лише деякі властивості оригіналу

Перевірка фарби для фюзеляжу літака

Чим більше ознак об'єкта відбиває модель, тим вона повніша. Відобразити у моделі всі ознаки об'єкта – оригіналу неможливо, та й не потрібно. Ознаки об'єкта – оригіналу, які мають бути відтворені у моделі, визначаються метою моделювання- Призначенням майбутньої моделі. Ці ознаки є суттєвими для цієї моделі з погляду мети моделювання.

Цілі моделювання

дослідження оригіналувивчення сутності об'єкта чи явища

аналіз («що буде, якщо …»)навчитись прогнозувати наслідки різних впливів на оригінал

синтез («як зробити, щоб…»)навчитися керувати оригіналом, справляючи на нього вплив

оптимізація («як зробити краще»)вибір найкращого рішення у заданих умовах

Що спільного у всіх моделей? Які властивості вони мають?

По-перше, модель не є точною копією об'єкта-оригіналу: вона відображає лише частину його властивостей, відносин та особливостей поведінки. Наприклад, на манекен можна одягти костюм, але з ним не можна поговорити. Модель автомобіля може бути без мотора, а макет будинку – без електропроводки та водопроводу.

По-друге, оскільки будь-яка модель завжди відображає лише частину ознак оригіналу, то можна створювати та використовувати різні моделі одного й того самого об'єкта. Наприклад: м'яч може відтворити лише одну властивість Землі - її форму; звичайний глобус відбиває, крім того, розташування материків; а глобус, що входить до складу діючої моделі Сонячної системи - ще й траєкторію руху Землі навколо Сонця. Оригінал може відповідати кілька різних моделей і навпаки!

Чим більше ознак об'єкта відбиває модель, тим повніше. Однак відобразити у моделі всі властивості об'єкта-оригіналу неможливо, а найчастіше й не потрібно. Адже при створенні моделі людина, як правило, переслідує цілком певну метаі прагне найповніше відобразити ті ознаки об'єктів, які здаються йому важливими, суттєвимидля реалізації цієї мети. Якщо, наприклад, модель літака створюється для колекції, то ній відтворюється зовнішній вигляд літака, а чи не його льотні характеристики.

Від мети моделювання залежать вимоги до моделі: які ознаки об'єкта-оригіналу вона повинна відображати. Тип моделі визначається цілями моделювання.

Відобразити в моделі ознаки оригіналу можна одним із двох способів. Природа моделей може бути двох видів. По перше, матеріальні (натурні, фізичні, предметні) моделі.Вони копіюють, відтворюють ознаки оригіналу. Прикладами натурних моделей є муляжі та макети – зменшені або збільшені копії, що відтворюють зовнішній вигляд об'єкта моделювання (глобус), його структуру (модель Сонячної системи) або поведінка (радіокерована модель автомобіля).

По-друге, інформаційні моделі –опис ознак оригіналу однією з мов кодування інформації (у вигляді словесного опису, формул, схем або креслень).

Інформатика розглядає побудову інформаційних моделей за допомогою комп'ютерної техніки.Інформаційно-культурна людина повинна вміти будувати різні інформаційні моделі, як за допомогою комп'ютера, так і без нього.

4.2 Класифікація моделей

Існує безліч варіантів класифікації інформаційних моделей. Розглянемо деякі з них.

Якщо взяти за основу класифікації предметну область, можна виділити фізичні, екологічні, економічні, соціологічні та інші моделі.

Залежно від обліку фактор часувиділяють динамічні (змінюються з часом) і статичні (не змінюються з часом) моделі.

Моделі по галузі застосуваннябувають навчальні (в т. ч. тренажери), досвідчені – під час створення нових технічних засобів, науково-технічні.

Залежно від форми поданняінформації про об'єкт моделювання розрізняють знакові, образні та змішані (образно-знакові) види інформаційних моделей.

Моделі за структуроюбувають

Табличні моделі (пари відповідності)

Існують спеціальні види моделей. До них відносяться:

- імітаційні- не можна заздалегідь обчислити чи передбачити поведінка системи, але можна імітувати її реакцію зовнішні впливи. Завдання – знайти найкраще рішення методом
спроб і помилок(Багаторазові експерименти)

Приклади : випробування ліків на мишах, мавпах, …

- ігрові- Враховують дії противника. Завдання – знайти кращий варіант дій у
найгіршому випадку.

Приклади : моделі економічних ситуацій; моделі воєнних дій; спортивні ігри; тренінги персоналу

4.3 Інформаційні моделі

Об'єкт-оригінал можна замінити набором його властивостей: назв (величин) та значень. Набір властивостей, що містить всю необхідну інформацію про досліджувані об'єкти та процеси, називають інформаційною моделлю.

Наприклад, інформаційна модель дачного будинку - картка з каталогу, яким замовник будівельної компанії може вибрати відповідний проект. Кожна картка в каталозі містить таблицю з назвами (величинами) властивостей вдома та значення цих властивостей.

Усі назви властивостей в інформаційних моделях - це знакові елементи, тому що назва може бути виражена тільки знаками. І це значення величин можуть нести як знакову, і образну інформацію. Наприклад, значення величини «зовнішній вигляд» може бути виражене образним елементом (рисунком), а значення інших величин виражені за допомогою знаків (чисел, слів, ком). Образним елементом інформаційної моделі може бути як малюнок чи фотографія, а й об'ємний макет чи відеозапис . Однак при цьому обов'язково має бути можливість пов'язати цей елемент з характеристикою конкретного об'єкта. Наприклад, у рядку «Зовнішній вигляд» у каталозі будинків може бути вказано шифр макета. А щоб самі макети були елементами інформаційної моделі, а не прикрасою, їх потрібно забезпечити ярликами із шифрами.

Інформаційні моделі представляють об'єкти та процеси у образній чи знаковій формі. За способом подання розрізняють такі види інформаційних моделей:

Образні моделі (малюнки, фотографії та інших.) є зорові образи об'єктів, зафіксовані якомусь носії інформації (папері, фото - і кіноплівці та інших.). Багато інформації дають фахівцям отримані із супутників фотографії поверхні Землі.

Знакові інформаційні моделі будуються з допомогою різних природних і формальних мов (знакових систем). Знакова інформаційна модель може бути представлена ​​у формі тексту природною мовою або програми мовою програмування, формули (наприклад, площі прямокутника S = аb) і т.д.

У змішаних інформаційних моделях поєднуються образні та знакові елементи. Прикладами змішаних інформаційних моделей можуть бути географічні карти, графіки, діаграми та ін. У всіх цих моделях використовуються одночасно і графічні елементи, і знаки.

4.4 Етапи побудови інформаційної моделі

Будь-яка модель будується на вирішення деякої завдання. Побудова інформаційної моделі починається з аналізу умови цього завдання, вираженого природною мовою (рис. 2.2).

В результаті аналізу умови завдання визначається об'єкт моделювання та мета моделювання.

Після визначення мети моделювання в об'єкті моделювання виділяються властивості, основні частини та зв'язки між ними, суттєві з погляду саме цієї мети. При цьому має бути чітко визначено, що дано (які вихідні дані відомі, які дані допустимі) і що потрібно знайти у розв'язуваній задачі. Також мають бути зазначені зв'язки між вихідними даними та результатами.

Наступним етапом побудови інформаційної моделі є формалізація - уявлення виявлених зв'язків та виділених суттєвих ознак об'єкта моделювання у певній формі (словесний опис, таблиця, малюнок, схема, креслення, формула, алгоритм, комп'ютерна програма тощо).

Формалізація- Це заміна реального об'єкта його формальним описом, тобто його інформаційною моделлю.

Інформаційні моделі існують окремо від об'єктів моделювання і можуть оброблятися незалежно від них. Побудувавши інформаційну модель, людина використовує її замість об'єкта-оригіналу на дослідження цього об'єкта, рішення поставленої задачи.

4.5 Словесні моделі.

Один із видів інформаційних знакових моделей – це словесні моделі. Словесні моделі- це описи предметів, явища, подій, процесів природними мовами. Ще називають текстовими моделями. Наприклад, геліоцентрична модель світу, яку запропонував Коперник, словесно описувалася так:

· Земля обертається навколо своєї осі та навколо Сонця:

· орбіти всіх планет проходять навколо Сонця.

Словесна модель складається з окремих елементів – слів, взаємозалежних між собою за змістом. У свою чергу, слова складаються з елементів – букв, пов'язаних між собою правилами правопису. Слова є підсистемами для тексту та надсистемами для літер. Текст загалом є моделлю – описом оригіналу. Він може відбивати різні властивості описуваного об'єкта. Якість словесної інформаційної моделі залежить від правильності написання слів, точності їх добору, правильності з'єднання слів у речення та порядку проходження слів і речень у тексті.

Словесні моделі можуть описувати ситуації, події, процеси. Безліч словесних моделей міститься у шкільних підручниках, енциклопедіях. Словесними описами ми користуємося у спілкуванні (у листах, під час розмови…) Для побудови цих моделей ми використовуємо звичайний звичний нам розмовний мову.

Є деякі особливості у розмовних мов:

Багатозначність, синонімія, омонімія - одне й те саме слово може мати кілька значень, кілька слів можуть мати один і той же зміст, одне й те саме значення.

Слова можна використовувати й у прямому, й у переносному значенні.

Ці особливості роблять людську мову виразною, барвистою, емоційною. Але їх наявність унеможливлює використання розмовної мови в багатьох науках, при створенні словесних (знакових) інформаційних моделей для точних наук. Математика, хімія, інформатика та ін. науки на основі розмовної мови створюють свою формалізовану наукову мову, що містить безліч термінів (слів, властивих тільки даній науці). Формалізований – отже має багатозначності, синонімів, омонімів. У формалізованому мові за кожним словом закріплено одне значення і зміст.

Словесні описи дуже різноманітні, вони можуть бути виконані у різних стилях. Насамперед, розрізняють розмовний та книжковий стилі. Книжковий стиль має такі різновиди: науковий, офіційно-діловий, публіцистичний, художній.

Науковий стиль використовується передачі точної наукової інформації. Найбільш важливими якостями наукового стилю є логічність та чіткість викладу. У текстах наукового стилю є велика кількість слів-професіоналізмів, термінів.

Художній стиль – стиль художніх творів. Його основне призначення – впливати на читача чи слухача за допомогою образних засобів мови (порівнянь, метафор, епітетів та ін.)

Офіційно-діловий стиль використовується для оформлення документів.

Публіцистичний стиль використовується при написанні статей, нотаток у журналах та газетах.

Робота зі словесними інформаційними моделями (історичними, біологічними, географічними, художніми та іншими текстами-описами) потребує вдумливого ставлення до прочитаного. Чим краще оформлений текст, чим краще він відформатовано, тим легше його читати та аналізувати.

Твори художньої літератури - це також моделі, оскільки вони фіксують увагу читача певних сторонах життя. Аналізуючи літературний твір, ви виділяєте у ньому об'єкти та його властивості, відносини між героями, зв'язку між подіями, проводите паралелі коїться з іншими творами тощо. п. Саме безпосереднє відношення до поняття моделі має такий літературний жанр, як байка. Сенс цього жанру полягає у перенесенні відносин між людьми на відносини між вигаданими персонажами, наприклад тваринами.

4.6 Математичні моделі

Основною мовою інформаційного моделювання у науці є мова математики. Інформаційні моделі, побудовані з використанням математичних понять та формул, називаються математичні моделі.

Приклад 1. На рис. 2.3 наведено геометричну модель доказу теореми Піфагора. Вона така проста, що доказ рівності с2 = а2 + b2 стає очевидним.

Міжнародні змагання міжнародні змагання зі стрибків у воду перші п'ять місць зайняли спортсмени з Німеччини, Італії, Китаю, Росії та України. Ще до початку змагань експерти висловили свої припущення про їх підсумки:

1) Перше місце займе спортсмен із Китаю, а спортсмен із України буде третім.

2) Україна буде на останньому місці, а Німеччина – на передостанньому.

3) Німеччина точно буде четвертою, а перше місце займе Китай.

4) Росія буде першою, а Італія – на другому місці.

5) Ні, Італія буде п'ятою, а переможе Німеччина.

Після закінчення змагань з'ясувалося, що кожен експерт мав рацію лише в одному затвердженні. Які місця у змаганні посіли учасники?

Почувши такі слова як «моделювання», «модель», людина уявляє образи зі свого дитинства: макети будинків, маленькі автомобілі, літаки, глобус. Саме за допомогою таких спрощених варіантів відображають функції та характеристики справжніх предметів та об'єктів. Дивлячись на приклади інформаційних моделей, набагато простіше зрозуміти суть та призначення самого оригіналу.

Основна мета моделювання

Приклади графічних інформаційних моделей у повсякденному житті трапляються часто. Саме з їхньою допомогою можна наочно уявити складність реальних процесів. Вони є подібністю до реальних предметів, але мають лише ті характеристики, які будуть затребувані у певній ситуації. Приклади інформаційних моделей показують, що немає сенсу наділяти їх усіма характеристиками реального об'єкта. Адже доведеться суттєво ускладнити структуру, нею незручно користуватиметься.

Важливо розуміти, якою є основна мета створення моделі, в якій ситуації вона використовуватиметься. З цих характеристик, створювану зменшену копію реального об'єкта наділяють певними параметрами. У сучасному моделюванні намагаються дотримуватись чіткої послідовності. Вона включає створення самого об'єкта, постановку мети до створення зменшеної копії, визначення її основних показників.

Системний аналіз

Якщо аналізувати приклади інформаційних моделей, слід зупинитися на словесних, графічних, математичних, табличних варіантах. Спробуємо виявити найважливіші параметри, які необхідні моделювання, і навіть знайти з-поміж них взаємозв'язок. p align="justify"> Процес, що стосується складання сукупності властивостей реального об'єкта для формування його зменшеної копії, прийнято називати системним аналізом.

Варіант вистави

Приклади інформаційних моделей різних видів підтверджують важливість пошуку оптимальної форми подання. Саме вона пов'язана з формуванням певного образу реальному предметі. Серед основних вимог, що висуваються до проекту, лідируючі позиції належать наочності. Її забезпечує інформаційна графічна модель. Про неї поговоримо докладніше.

Приклади графічного приводу досить легко. Ними можуть стати карти певної ділянки місцевості, електричні схеми, різноманітні креслення, графіки. Цікавим можна вважати той факт, що одну і ту ж величину, що вивчається, наприклад, середньодобову температуру повітря, можна уявити в різноманітних формах. Вона може бути виражена як таблиці, системи координат, тексту. Приклад побудови інформаційної моделі за одним і тим самим даними застосовується і загальноосвітніх установах, й у вищій школі.

Застосування моделювання

Після того як сформовано прообраз реального об'єкта, його параметри можна застосовувати для знайомства з оригіналом, прогнозувати поведінку предмета, що вивчається, залежно від умов, проводити необхідні розрахунки. Приклади інформаційних моделей об'єктів свідчать, що часто зручніше користуватися змішаними варіантами. Де можна зустріти такий симбіоз? Приклади інформаційних моделей змішаного виду поширені у будівництві. Вони дозволяють визначати шляхом попередніх математичних обчислень оптимальні навантаження на різні частини будівлі, не допускати просідання фундаменту.

Яскраві приклади графічних інформаційних моделей змішаного вигляду – різноманітні географічні карти. Вони доповнюються таблицями, пояснювальними написами, спеціальними топографічними символами. З іншого боку, у географії часто користуються діаграмами, графіками, схемами. Останні поділяють на графи, блоки, карти.

Про класифікацію моделей

Для того, щоб працювати з створюваними моделями було зручно, існує умовний підрозділ їх на блоки:

• за сферами застосування;
• галузі знань;
• тимчасовому фактору;
• виду уявлення.

Крім того, можливий поділ на кшталт побудови на мережеві, ієрархічні, табличні види. Залежно від варіанта подання даних існують різні приклади графічних інформаційних моделей знакового чи образно-знакового виду. Розглядатися справжній об'єкт може з допомогою описи якостей чи аналізу принципу його впливу.

Приклади образної інформаційної моделі

Допустимо, викладач на уроці дав завдання учням: наведіть приклади графічних інформаційних моделей. Що потрібно зробити для цього? Спочатку можна підібрати варіанти, зафіксовані на паперовому носії. Ними можна вважати будь-які географічні карти, малюнки, фотографії, графіки. У навчальних закладах таких прикладів чимало. Адже одним з основних способів наочного навчання є надання матеріалу, що вивчається, у графічному та табличному вигляді.

Не лише на уроках географії педагог пропонує своїм вихованцям численні схеми та карти. Такий предмет, як історія, також тісно пов'язані з малюнками, графіками, різноманітними таблицями. Якщо вчитель історії скаже своєму вихованцю: «Наведіть приклади графічних інформаційних моделей щодо Сталінградської битви», дитині достатньо відкрити атлас на потрібній сторінці. За допомогою стрілок та колірного акценту на карті відображені всі основні моменти, що стосуються цієї легендарної події. Крім навчальних закладів, варіанти образної інформаційної моделі зустрічаються і в наукових установах, що спеціалізуються на поділі об'єктів за їх зовнішніми ознаками.

Підрозділ моделей за часом

Існують динамічні та статичні варіанти. Вони суттєво відрізняються. Статичні інформаційні моделі передбачають об'єкта, що вивчається, в конкретний проміжок часу. Їхні приклади можна зустріти при зведенні будівлі. Будівництво передбачає початкові розрахунки міцності, стійкості до статичного навантаження. Трапляються статичні варіанти і в стоматології. Описуючи стан ротової порожнини пацієнта при медичному огляді, лікар відзначає присутність різних дефектів, кількість пломб.

За допомогою стоматолог аналізуватиме динаміку зміни стану зубів у людини протягом певного проміжку часу. Наприклад, за останній рік або з моменту попереднього прийому. Зустрічаються динамічні інформаційні моделі і під час роботи з характеристиками чи чинниками, що передбачають зміну у часі. Серед таких параметрів можна згадати сейсмічні коливання, стрибки температур, зміну вологості повітря.

Вербальні інформаційні моделі

Наочно пояснює цю групу приклад інформаційної моделі учня. Під час відповіді питання, запропоновані вчителем, дитина користується словесним описом явища, процесу. Наприклад, розповідаючи про правила поведінки пішохода на дорозі, школяр самостійно моделює ситуацію, пропонує свій спосіб її вирішення. Відносять до цієї категорії та риму, яку поет ще не встиг перенести на аркуш паперу. Вербальна інформаційна модель має описовий характер. Її прикладом є проза у творах, текстовий опис певних об'єктів та явищ.

Знакові моделі

Як ще одну характеристику можна подати відображення засобами формальної мови характеристик об'єкта. Наводячи 2 приклади знакової інформаційної моделі, зупинимося на текстах та схемах. Обидва способи представлення об'єкта застосовуються практично у всіх сферах діяльності сучасної людини. Існує підрозділ знакових моделей на структурні, спеціальні, словесні, логічні, геометричні види.

Математичні форми

Основною особливістю математичної інформаційної моделі є пошук в описі об'єкта співвідношення між кількісними характеристиками. Наприклад, знаючи масу тіла, що розглядається, можна, скориставшись формулою, розрахувати швидкість його пересування за певний часовий проміжок. Математичні інформаційні моделі поділяють на види: дискретні, статичні, імітаційні, безперервні, динамічні, логічні, алгоритмічні, множинні, ігрові, імовірнісні.

Табличні інформаційні моделі

Якщо властивості об'єкта моделі представлені у вигляді списку, а значення знаходяться в осередках, йдеться про табличні моделі. Її вважають одним із найпоширеніших способів передачі відомостей. За допомогою таблиць формують динамічні та статичні інформаційні характеристики у різноманітних прикладних областях. У повсякденному житті людина стикається з подібними варіантами, аналізуючи розклад приміських поїздів, вивчаючи програму телепередач, переглядаючи прогноз погоди. Існують двійкові таблиці, у яких представлено дві характеристики аналізованого процесу чи явища.

Наприклад, щоб скласти графік швидкості, креслиться таблиця даних. У ній присутні параметри переміщення та часу. Таблиці «об'єкт - об'єкт» передбачають перерахування у рядках та стовпцях їх назв. Наприклад, там може бути вказівка ​​населених пунктів. Взаємозв'язком між ними будуть якісні характеристики. Таблиці варіанта «об'єкт - властивість» містять відомості про подію у рядку, інформацію про його характеристики у стовпчику. За подібними таблицями можна визначити параметри погоди: температуру, силу вітру, опади на кілька днів. Користуватися табличними моделями зручно в тих випадках, коли у об'єкта, що розглядається, небагато характеристик. Якщо необхідно скласти схему ліній метрополітену, що має масу розгалужень, переходів, потрібна мережева інформаційна модель. Прикладом ієрархічної інформаційної моделі є генеалогічне дерево.

Висновок

Численні інформаційні моделі допомагають сучасній людині впорядкувати характеристики предметів та об'єктів, що перебувають у природі, техніці, що зустрічаються їй у повсякденному житті. Саме з їх допомогою можна отримати уявлення про якийсь реальний об'єкт, явище, щоб знайти оптимальні способи для його застосування, управління ним. Без інформаційних моделей різних типів проблематично працюватиме представникам багатьох професій.