МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВВЕДЕНИЮ В ИНФОРМАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

Изучаемые вопросы:

  • • понятие модели;
  • • типы информационных моделей;
  • • что такое формализация;
  • • элементы системного анализа.

Прежде чем перейти к прикладным вопросам моделирования, необходим вводный разговор, обсуждение некоторых общих понятий, в частности тех, которые обозначены в нормативных документах. Для этого в учебном плане должно быть выделено определенное время под тему «Введение в информационное моделирование». Для учителя здесь возникают проблемы как содержательного, так и методического характера, связанные с глубоким научным уровнем понятий, относящихся к этой теме. Методика информационного моделирования связана с вопросами системологии, системного анализа. Степень глубины изучения этих вопросов существенно зависит от уровня подготовленности школьников. В возрасте 14-15 лет дети еще с трудом воспринимают абстрактные, обобщенные понятия. Поэтому раскрытие таких понятий должно опираться на простые, доступные ученикам примеры.

В зависимости от количества учебных часов, от уровня подготовленности учеников вопросы формализации и моделирования могут изучаться на разных уровнях подробности: первыйминимальный, второй — дополненный, третийуглубленный уровень.

В соответствии с тремя отмеченными уровнями можно выделить три типа задач из области информационного моделирования, которые по возрастанию степени сложности для восприятия учащимися располагаются в таком порядке:

  • 1) дана информационная модель объекта; научиться ее понимать, делать выводы, использовать для решения задач;
  • 2) дано множество несистематизированных данных о реальном объекте (системе, процессе); систематизировать и таким образом получить информационную модель;
  • 3) дан реальный объект (процесс, система); построить информационную модель, реализовать ее на компьютере, использовать для практических целей.

Подробное описание методики преподавания темы «Формализация и моделирование» для трех уровней подробности изложено в методическом пособии [41].

Изучение темы моделирования на любом уровне подробности начинается с определения понятия модели. Обобщая разные варианты определения модели, приводимые в разных учебниках, можно рассматривать следующее, наиболее общее определение:

Модель — упрощенное подобие реального объекта или процесса.

В любом случае модель не повторяет всех свойств реального объекта, а лишь только те, которые требуются для ее будущего применения. Поэтому важнейшим понятием в моделировании является понятие цели. Цель моделирования — это назначение будущей модели. Цель определяет те свойства объекта-оригинала, которые должны быть воспроизведены в модели.

Закрепив в сознании учеников понимание смысла цепочки «объект моделированияцель моделирования

модель», можно перейти к разговору об информационных моделях. Самое общее определение: информационная модель — это описание объекта моделирования.

Иначе можно сказать, что это информация об объекте моделирования. А, как известно, информация может быть представлена в разной форме, поэтому существуют различные формы информационных моделей. В их числе: словесные или вербальные модели, графические, математические, табличные и некоторые другие.

А что обозначает слово «формализация»? Формализация есть результат перехода от реальных свойств объекта моделирования к их формальному обозначению в определенной знаковой системе.

В книге [49] после определения, аналогичного вышеприведенному, сказано, что формализацияэто свойство моделей. Наверное, точнее было бы говорить, что свойством модели является степень ее формализации. У математической формулы, относящейся к некоторому объекту моделирования, степень формализации выше, чем у текстового описания того же объекта или его графического изображения. В порядке возрастания степени формализации, данные виды моделей располагаются так:

Построив информационную модель, человек использует ее вместо объекта-оригинала для изучения свойств этого объекта, прогнозирования его поведения и пр.

Следует заметить, что в разных учебниках по информатике имеются расхождения в классификациях моделей. В учебнике [39] принят подход, описанный выше: модели объектов и процессов делятся на материальные (натурные) и информационные. А информационные модели классифицируются по форме представления: вербальные (на естественном языке), графические, математические, табличные и пр.

В учебнике [44] информационные модели делятся на образные и знаковые. К образным относятся рисунки, фотографии и другие зрительные образы объектов, отображенных на некоторых носителях. В знаковых моделях используются различные языки — знаковые системы: формулы, таблицы, блок-схемы, графы.

В учебнике [21] разделяются классы информационных моделей и мысленных моделей. Последние не называются информационными. Они существуют лишь в сознании человека, в том числе и в вербальной форме. Информационные модели делятся на образно-знаковые и знаковые. Различие между этими классами выражается в степени формализации. К образно-знаковым относятся фотографии, карты, схемы, диаграммы, тексты на естественном языке, блок- схемы и пр. К знаковым моделям относятся: математические и химические формулы, нотная запись, тексты программ на языках программирования.

Согласно логике и терминологии, принятой в книге А. Я. Фридланда [49], мысленные модели следует называть информационными моделями, а информационные (по Н. В. Макаровой) — информатическими моделями.

Второй, дополнительный уровень изучения темы моделирования в базовом курсе связан с обсуждением таких понятий, как система, структура, граф, деревья, сети. Необходимо отметить, что эти понятия постепенно начинают проникать в перечень обязательных для изучения в рамках курса информатики. Перечисленные понятия относятся к области, которая в науке называется системологией (теорией систем). Знания элементов системологии придают целостность и понятийную полноту содержательной линии «Формализация и моделирование».

Под системой понимается любой объект, состоящий из множества взаимосвязанных частей и существующий как единое целое.

В информатике понятие «система» употребляется достаточно часто. Совокупность взаимосвязанных данных, предназначенных для обработки на компьютере, — система данных. Совокупность взаимосвязанных программ определенного назначения — программные системы (ОС, системы программирования, пакеты прикладных программ и др.).

Информационные системы — одно из важнейших приложений компьютерных технологий.

Основным методическим принципом информационного моделирования является системный подход, согласно которому всякий объект моделирования рассматривается как система. Из всего множества элементов, свойств и связей выделяются лишь те, которые являются существенными для целей моделирования. В этом и заключается сущность системного анализа. Задача системного анализа, который проводит исследователь, — упорядочить свои представления об изучаемом объекте для того, чтобы в дальнейшем отразить их в информационной модели.

Процесс информационного моделирования проходит через следующие этапы:

Важной характеристикой всякой системы является ее структура. Структура — это определенный порядок объединения элементов, составляющих систему. Ученики знакомятся с двумя способами организации информационных структур: таблицами и графами. Дерево — иерархическая структура, является частным случаем графа.

Подводя итог, можно сказать, что второй уровень темы «Введение в информационное моделирование» более подробно раскрывает суть системного анализа, знакомит учащихся с таким важным инструментом формализации, как графы.

Третий, углубленный уровень изучения общих вопросов моделирования можно характеризовать как переход от ознакомительного обучения к выработке навыков активного использования методов системного анализа.

Наиболее полный и последовательный материал по вопросам системологии содержится в разделе 2 пособия [20]. Этот материал может быть использован как для углубленного варианта преподавания базового курса информатики, так и для профильных курсов, ориентирующихся на информационное моделирование. Содержание данного раздела позволяет реализовать на уроках следующий перечень дидактических целей.

Научить учеников рассматривать окружающие объекты как системы взаимосвязанных элементов; осознавать, в чем проявляется системный эффект (принцип эмерджентности) в результате объединения отдельных элементов в единое целое.

Раскрыть смысл модели «черного ящика». Этот подход характерен для кибернетики и применяется в тех случаях, когда внутреннее устройство системы не раскрывается, а система рассматривается лишь с точки рения ее взаимодействия с окружающей средой. В таком случае основными понятиями, характеризующими систему, являются не ее состав и структура, а ее «входы» и «выходы».

Дать представление о некоторых методах системного анализа, в частности декомпозиции, классификации.

Научить читать информационные модели, представленные в виде графов и строить граф-модели.

Научить учеников разбираться в различных типах таблиц, подбирать наиболее подходящий тип таблицы для организации данных, грамотно оформлять таблицы.

Содержательная линия формализации и моделирования выполняет в курсе информатики важную педагогическую задачу: развитие системного мышления учащихся. Эффективная работа с большими объемами информации невозможна без навыков ее систематизации. Компьютер предоставляет пользователю удобные инструменты для этой работы, но систематизацию данных пользователь должен выполнять сам.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >