Компьютерное моделирование является одним из самых сложных разделов в школьном курсе информатики. Содержательно-структурный компонент «Моделирование и формализация» – новейшая составляющая в области исследуемой дисциплины, она постоянно усовершенствуется, поэтому исследование методологии ее изучения еще не окончены.
В имеющейся научно-методологической литературе используются разнообразные, совершенно отличные друг от друга, понятия и разделения по группам моделей. Также можно встретить разнообразные подходы в исследовании этой области информатики. Предмет моделирования рассматривается в широком значении: оно может выступать как в виде физического процесса, так и в виде реального. Изучая данные явления с помощью компьютерного, численного, имитационного и математического моделирования, ученикам проще представлять с помощь задач самые разнообразные области человеческой деятельности. С помощью алгоритмов, моделирование позволяет выполнять вычислительные эксперименты [5].
Раздел «Моделирование и формализация» содержится в обязательном минимуме содержания образования в общеобразовательных учреждениях.
Содержание данного курса устанавливает следующий набор определений и понятий: моделирование, формализация, классификации и виды информационных моделей, планирование и проведение компьютерных экспериментов с моделью [1,2,].
На сегодняшний день создано достаточно много методик обучения компьютерному моделированию, которые активно применяются на уроках информатики в школе[6,8,9,10]..
Постановка цели, построение самой модели, ее разработка и анализ, перенесение знания с модели на реальное действие – это этапы процесса моделирования [1].
Можно сформулировать различные варианты построения курса компьютерного моделирования в зависимости от учебного плана.
Модели образуются по следующим принципам [9]:
– графический наглядный пример;
– присутствие междисциплинарных и внутрипредметных связей;
– за видимой простотой должна преобладать сложность построения моделей;
– возможность выполнения алгоритмов в различных средах моделирования;
– типы моделей должны воспроизводить реальные процессы и явления;
– модели должны захватывать разные области познания и выражать современные научные направленности.
Воплощение моделей производят в различных программных обеспечениях таких как «Лого Миры», Pascal, Visual Basic, Delphi, в табличных средах и базах данных (Excel, Access, статистические пакеты), в специально предназначенных математических платформах (Mathcad, Mathematica, Matlab, Maple). В вышеперечисленных прикладных программных средах можно реализовать следующие типы моделей: натурные, модели фрактальных кривых, роста растений, физических процессов и явлений, динамики и популяции, модели с использованием случайных чисел, динамики комплексных рациональных функций, информационные модели и модели линейного программирования, а также модели двумерной и трехмерной графики [3,5,8].
Нельзя отрицать то, что компьютерное моделирование это «инструмент» познания основного материала по программированию.
Рассмотрим две реальные задачи на моделирование, которые можно использовать при обучении компьютерному моделированию в школе по информатике.
Задача 1. Моделирование в среде программирования КуМир
Задача Робота состоит в следующем: пройти и закрасить пройденные клетки лабиринта, который сверху и снизу имеет коридоры, протяженность и количество которых заранее мы не знаем. Исполнитель находится слева перед началом лабиринта – это его стартовая обстановка (Рисунок 1).
Рисунок 1. Начально положение Робота
Прежде чем приступить к написанию алгоритма, необходимо представить и описать действия на простом понятном нам языке, которые должен выполнить исполнитель Робот. Таким образом, Роботу необходимо следовать вправо по лабиринту. Каждую клетку лабиринта исполнитель должен исследовать, имеется ли коридор сверху или снизу. Если коридор есть, Роботу необходимо двигаться по нему пока выполняются следующие условия: «пока сверху свободно» или «пока снизу свободно» и одновременно закрашивать клетки, которые он прошел. Затем нужно возвратиться в исходное положение. Теперь можно написать алгоритм на языке КуМир.
Алгоритм:
– Запускаем программу КуМир, активируем модуль Робота, убрав комментарий в первой строке («│использовать Робот»);
– Загружаем новую стартовую обстановку «Лабиринт» (Робот – Редактировать стартовую обстановку Робота). Задаем стены и коридоры, размещаем Робота слева от лабиринта.
– Пишем команды для Робота, используем цикл с условием (Вставка – нц-пока-кц). Условия «пока справа свободно», «пока снизу стена», «пока сверху свободно», «пока снизу свободно», «пока сверху стена» позволяют проверить, свободен ли путь для Робота из всех возможных направлений: справа, снизу, сверху, пока стена.
– Запускаем выполнение написанного алгоритма и убеждаемся в том, что программа работает: Робот должен пройти все клетки лабиринта и закрасить их (Рисунок 2).
Рисунок 2. Выполнение алгоритма исполнителя Робот
Задача 2. Моделирование в электронных таблицах «Работа с датами»
Необходимо вставить и заполнить таблицу со следующими пунктами (Рисунок 3). Выяснить является ли сегодняшний день выходным или будним днем.
Рисунок 3. Исходные данные для задачи
Алгоритм:
– Открыть Microsoft Excel, на новом листе создать таблицу из 2 столбцов и 11 строк (Вставка – Таблица);
– В ячейку (B1) вставим формулу: =СЕГОДНЯ(), таким образом в ней появится сегодняшняя дата;
– Разобьем появившуюся дату на составляющие в разные ячейки. В
B2: =Год(В1), B3: =Месяц(В1), B4: =День(В1);
– Теперь в ячейку С5 введем дату своего рождения, именно с этой датой будет происходить сравнение между годами, месяцами и днями с помощью функции: =РАЗНДАТ (начальная дата; конечная дата; “способ измерения”). Способ измерения может быть задан как: “y”, “m”, “d”, “yd” , “md”, “ym” соответственно по исходной таблице. Используя следующие подобные формулы, нам удастся найти неизвестные ячейки.
(В5): =РАЗНДАТ(C5;B1;”y”)&” г.”
(B6): =РАЗНДАТ(C5;B1;”m”)&” мес. ”
(B7): =РАЗНДАТ(C5;B1;”d”)&” дн. ”
(B8): =РАЗНДАТ(C5;B1;”yd”)&” дн. ”
(B9): =РАЗНДАТ(C5;B1;”md”)&” дня”
(B10): =РАЗНДАТ(C5;B1;”ym”)&” мес.” ;
– Для того чтобы определить является ли день будним или выходным введем в ячейку (B11) следующую формулу:
(В11):=ЕСЛИ(ДЕНЬНЕД(СЕГОДНЯ())*(ДЕНЬНЕД(СЕГОДНЯ())<5);
“Выходной”;”Рабочий”).
Таким образом, при выполнении данных операций получим таблицу с нужными нам значениями (Рисунок 4).
Рисунок 4. Таблица «Работа с датами»
Таким образом, если использовать интересные примеры и задачи при обучении детей линии «Моделирование и формализация», можно развить и формировать творческое исследовательское мировоззрение у учащихся, а также решить многие другие задачи, связанные с самостоятельным поиском решения.
Библиографический список
- Гусева Е. Н. Информатика : учеб. пособие / Е.Н. Гусева, И.Ю. Ефимова, Р.И. Коробков, К.В. Коробкова, Е.Н. Мовчан, Л.А Савельева. – Магнитогорск: МаГУ, 2008. – 216 с.
- Гусева Е. Н. Математика и информатика: [электронный ресурс] учеб. пособие/ Е. Н. Гусева, И.Ю. Ефимова, И.Н. Мовчан, Л.А. Савельева. – 3-е изд., стереотип. –М.: Флинта, 2015 – 400 с. –Режим доступа: lf5.com/Knigi/Nauka-Obrazovanie/Matematika/Matematika-i-informatika-148-103807
- Гусева Е. Н. Экономико-математическое моделирование: учеб. пособ.: / Е. Н. Гусева. – Москва: МПСИ, 2011.–216 с.
- Гусева Е.Н. Математические основы информатики/ Е.Н. Гусева, И.И. Боброва, И.Ю. Ефимова, И.Н. Мовчан, С.А. Повитухин, Л.А. Савельева. – Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2016.- 234 с.
- Гусева Е.Н. Основы имитационного моделирования экономических процессов: лаб. практикум / Е.Н. Гусева. – Магнитогорск: МаГУ, 2008. – 100с.
- Макарова Н. В. Информатика. 9 класс – СПб: Издательство «Питер», 2015. – 304 с.
- Селиванова Э. Т. О различных подходах к изучению моделирования в курсе информатики. //Аспирантский сборник НГПУ, под редакцией А.Ж. Жафярова. – Новосибирск: НГПУ, 2014, ч.3, – С. 170-179.
- Селиванова Э. Т. О различных подходах к изучению моделирования в курсе информатики. //Аспирантский сборник НГПУ, под редакцией А.Ж. Жафярова. – Новосибирск: НГПУ, 2015, ч.3, – С. 170-179.
- Семакин И. Г., Залогова Л.А., Русаков С. В., Шестакова JI. В.. Информатика и информационно-коммуникационные технологии. Базовый курс: Учебник для 9 класса – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2016. – 371 с
- Угринович Н.Д. Информатика и ИКТ. Учебник для 9 класса. 2-е изд., испр. – М.: Бином. Лаборатория знаний, 2016. – 295 с.
Количество просмотров публикации: Please wait