Министерство образования и науки РБ

Государственное автономное образовательное учреждение

 среднего профессионального образования

 «Техникум строительства и городского хозяйства»

Тема исследовательской работы:

Использование табличного процессора MS Excel и математического моделирования для решения профессиональных задач специалистами сервиса домашнего и коммунального хозяйства

Автор: Рябухина Анна,

студентка гр.СДиКХ-14

Руководители: Амшеева М.Р.,

преподаватель математики

Петрова Л.Ф.,

преподаватель информатики и ИКТ

Улан-Удэ, 2015

Содержание

1. Введение
2. Моделирование и его основные этапы
3. Математическое моделирование
4. Компьютерное моделирование в табличном процессоре Excel
5. Заключение
6. Литература

Введение

На современном этапе экономического, политического и социального развития Российской Федерации, стране все больше требуются высококвалифицированные специалисты, которые смогут решать стоящие перед ними профессиональные задачи на достаточно высоком уровне, применяя при этом достижения мировой науки и технического прогресса.

Уровень профессионализма   будущих специалистов   определяется не только совокупностью профессиональных знаний, умений применять стандартные и типовые методы и способы выполнения профессиональных задач,   но и способностью организовывать собственную деятельность, выбирая при этом  наиболее рациональные методы и способы решения профессиональных задач с использованием  информационно-коммуникационных технологий.

Применение ИКТ и математических знаний в профессиональной деятельности позволит будущему специалисту в области домашнего и коммунального хозяйства решать профессиональные задачи на более высоком уровне.

Одной из профессиональной задач, стоящих перед специалистами ЖКХ,  является планирование, организация и обеспечение контроля объемов, качества и сроков выполнения  ремонтных работ домовладений и жилищного фонда.

Специалист сервиса домашнего и коммунального хозяйства должен уметь составить  смету расходов по текущему и капитальному ремонту домовладений и жилищного фонда.

 Но если будущий специалист научится использовать табличный  процессор MS Excel и математическое моделирование,  то он сможет оптимизировать  выполнение  своих профессиональных задач.

Цель работы: разработка компьютерной модели, позволяющей рассчитывать  расход материала  в зависимости от размеров помещения и стоимость   материалов на данный момент времени.

Задачи исследования:

1. составить модель расчета площади ремонтируемой поверхности, применяя знания из геометрии;
2. отобрать необходимые  расчетные данные для организации ремонта в комнате, квартире;
3. составить    математическую модель расчетов количества и стоимости  материалов для ремонта;  
4.  изучить  методы моделирования в программе Ехсеl;
5. составить модель расчетов в программе Ехсеl.

Объект исследования: математическое моделирование в среде Excel.

Предмет исследования: разработка компьютерной модели, позволяющей решать производственные задачи.

Ожидаемые результаты:

• обрабатывать, анализировать, обобщать полученную информацию,
• производить необходимые расчеты,
• планировать и решать профессиональные задачи,
• применять  математическое моделирование для решения ситуационных задач

Методы исследования:

Эмпирического уровня

1. опрос работников ЖКХ

Теоретического уровня

2. изучение и анализ литературы по  геометрии  и информатике;
3. абстрагирование и формализация условия  профессиональной задачи

Экспериментально-теоретического уровня

4. моделирование  профессиональной задачи

План работы над темой исследования

1. Изучить и проанализировать литературу по теме исследования
2. Провести опрос работников ЖКХ
3. Проанализировать результаты опроса и сделать выводы
4. Изучить математические методы решения профессиональной задачи
5. Изучить методы математического моделирования
6. Составить математическую модель задачи
7. Изучить методы моделирования в программе Exсel
8. Составить компьютерную модель профессиональной задачи
9. Оформить  исследовательскую работу на компьютере
10. Оформить результаты работы в Power Point
11. Подготовиться к защите исследовательской работы.

Моделирование и его основные этапы

Microsoft Excel — одна из самых загадочных и интересных программ в пакете MS Office. Интересна она многочисленными средствами автоматизации работы, оформления документов и богатыми вычислительными возможностями. Загадочность ее состоит в том, что большинство пользователей применяют лишь малую толику того, что может дать им Excel. Это тем более удивительно, что спектр возможностей программы практически безграничен: от создания простых таблиц, построения диаграмм и графиков до решения сложных вычислительных задач и моделирования различных процессов.

С середины XX века в самых различных областях человеческой деятельности стали широко применять математические методы и ЭВМ. Возникли такие новые дисциплины, как «математическая экономика», «математическая химия», «математическая лингвистика» и т.д., изучающие математические модели соответствующих объектов и явлений, а также методы исследования этих моделей.

Под моделью (от лат. modulus - мера, образец, норма) понимают такой материальный или мысленно представляемый объект, который в процессе познания (изучения) замещает объект - оригинал, сохраняя некоторые важные для данного исследования типичные черты. Процесс построения и использования модели, называется моделированием.

Основные этапы моделирования

Процесс разработки моделей и их исследование на компьютере можно разделить на несколько основных этапов.

На первом этапе исследования объекта или процесса обычно строится описательная информационная модель. Такая модель выделяет существенные, с точки зрения целей проводимого исследования, параметры объекта, а несущественными параметрами пренебрегает.

На втором этапе создается формализованная модель, т.е. описательная информационная модель записывается с помощью какого-либо формального языка. В такой модели с помощью формул, уравнений, неравенств и т.д. фиксируются формальные соотношения между начальными и конечными значениями свойств объектов, а также накладываются ограничения на допустимые значения этих свойств.

На третьем этапе необходимо формализованную информационную модель преобразовать в компьютерную модель, т.е. выразить ее на понятном для компьютера языке. Существуют два принципиально различных пути построения компьютерной модели:

       построение алгоритма решения задачи и его кодирование на одном из языков программирования;

       построение компьютерной модели с использованием одного из приложений (электронных таблиц, СУБД и т.д.).

Четвертый этап исследования информационной модели состоит в проведении компьютерного эксперимента. Если компьютерная модель существует в виде программы на одном из языков программирования, ее нужно запустить на выполнение и получить результаты.

Если компьютерная модель исследуется в приложении, например, в электронных таблицах, можно провести сортировку или поиск данных, построить диаграмму или график и т.д.

Пятый этап состоит в анализе полученных результатов и корректировке исследуемой модели. В случае различия результатов, полученных при исследовании информационной модели, с измеряемыми параметрами реальных объектов, можно сделать вывод, что на предыдущих этапах построения модели были допущены ошибки или неточности.

Схема. Основные этапы моделирования

Был проведен опрос среди работников ЖКХ.  В  опросе участвовали 10 человек, им были предложены следующие вопросы:

1.  Для выполнения  ремонтных работ домовладений и жилищного фонда вы приглашаете к сотрудничеству фирмы  или обходитесь своими силами?
2. Смету расходов составляете с  использованием компьютерных программ или  нет?
3. Использование компьютерной программы, позволяющей рассчитывать количество и стоимость необходимых материалов облегчило бы вашу работу?
4. Можете ли вы самостоятельно разработать программу для подсчета материалов и их стоимости для организации ремонта любой площади?

Результаты опроса:

 Вопрос № 1:

Вопрос № 2:

Вопрос № 3:

Вопрос № 4:

Вывод:

1. Использование компьютерной программы, позволяющей рассчитывать количество и стоимость необходимых материалов несомненно облегчило бы работу специалистов ЖКХ.
2. Готовой программы (калькулятора) для подсчета материалов,  их стоимости для проведения  ремонта нет, а сами они затрудняются составить такую программу.
3.  Необходимо создать такую компьютерную модель, которая позволит автоматизировать расчеты и меняя значения исходных данных, можно  будет проследить за изменением получаемых результатов и из множества вариантов решения задачи выбрать наиболее подходящий.

Математическое моделирование

Для того чтобы составить формализованную модель расчета площади ремонтируемой поверхности:

1) представим  комнату  в виде прямоугольного параллелепипеда, который является ее геометрической  моделью;

2) для того чтобы рассчитать площадь стен и потолка комнаты, используем формулу нахождения площади боковой поверхности и площади основания прямоугольного параллелепипеда: S = Pосн Н + Sосн = (2а + 2b)Н + аb, где Pосн – периметр основания (комнаты), Н – высота параллелепипеда (высота комнаты)

S =  2а Н+ 2bН + аb

 где а – длина основания (комнаты), b – ширина основания (комнаты);

3) из формулы исключим площадь площадь окон и дверей:

S = 2а Н+ 2bН + аb – n Sок – Sдв = 2а Н+ 2bН + аb – n сd – к r,

S = 2а Н+ 2bН + аb – n сd – к r

где n – количество окон, с,d – размеры окна, к, r – размеры двери

Виды ремонта:

1) шпатлевка потолка и стен;

2) покраска потолка и стен;

3) покрытие пола ламинатом.

Необходимые расчетные данные:

• Расход шпатлевки на 1 м2   - 1,2 кг
• Расход водоэмульсионной краски на 1 м2 – 0,2 кг

Составим математическую модель расчетов количества и стоимости  материалов для шпатлевания:

(2а Н+ 2bН + аb – n ×сd – к r)×1,2×m, где m – стоимость 1 кг шпатлевки 

   Математическую модель расчетов количества и стоимости  материалов для окрашивания водоэмульсионной краской:

(2а Н+ 2bН + аb – n×сd – к ×r)×0,2×t, где  t – стоимость 1 кг в/э краски

Математическую модель расчетов количества и стоимости  материалов  для покрытия ламинатом:

аb⋅р, где р – стоимость 1 м2 ламината

Математическую модель расчетов количества и стоимости  материалов  для ремонта комнаты:

(2а Н+ 2bН + аb – n ×сd – к ×r)×1,2 ×m + (2а Н+ 2bН + аb – n×сd – к ×r)×0,2×t + аb×р

Компьютерное моделирование   в табличном процессоре Excel

Объединяем ячейки А1-Н1 и вводим текст: Расчет ремонта комнаты (шпатлевка и покраска потолка и стен,  настил ламината). Объединяем ячейки А3-Е3 и вводим текст: Исходные данные.

Вводим исходные данные:  в ячейки В5-В7 – длину, ширину, высоту соответственно. В ячейки  В9-В11 – длину, ширину и количество окон, а в ячейки В13- В14 – длину, ширину двери.  В ячейку Е5 вводим расход шпатлевки на 1 м2  в кг,  в  ячейку Е6 вводим стоимость 1 кг шпатлевки в руб., в  ячейку Е7 вводим расход водоэмульсионной краски на 1 м2  в кг,  в  ячейку Е8 вводим стоимость 1 кг в/э краски в руб,  а в ячейку Е9 вводим стоимость  1 м2 ламината.

Находим промежуточные результаты: В ячейке В17 вычисляем площадь потолка по формуле: В5*В6 (длину умножаем на ширину). В ячейке В18 вычисляем площадь  стен  по формуле: 2*(B5*B7+B6*B7)  (длину умножаем на высоту, ширину умножаем на высоту, все это складываем и умножаем на 2).  В ячейке В19 вычисляем площадь окон по формуле: В9*В10*В11 (длину умножаем на ширину и умножаем на количество окон). В ячейке В20 вычисляем площадь двери: В13*В14. В ячейке В21 вычисляем ремонтируемую площадь по формуле: B17+B18-B19-B20 (площадь потолка плюс площадь стен минус площадь окон и минус площадь двери).  В ячейке В22 вычисляем площадь пола: В5*В6.

 Далее вычисляем расход материалов:  В ячейке Е17 получаем расход шпатлевки по формуле: B21*E5 (ремонтируемую площадь умножаем на расход шпатлевки на 1 м2).  В ячейке Е18 находим расход водоэмульсионной краски по формуле: B21*E7 (ремонтируемую площадь умножаем на расход водоэмульсионной краски на 1 м2).  В ячейке Е19 вводим площадь пола.

Вычисляем стоимость материалов:

• шпатлевка  - E17*E6 (расход шпатлевки умножаем на стоимость 1 кг шпатлевки)
• в/краска - E18*E8 (расход в/э краски умножаем на стоимость 1 кг краски
• ламинат E19*E9 (площадь пола умножаем на стоимость 1 м2 ламината).

Общую стоимость материалов вычисляем  с помощью функции: СУММ(G17:G19), т.е. суммируем стоимость шпатлевки, в/краски и ламината.

Заключение

         В настоящее время получило всеобщее признание то, что успех развития многих областей науки и техники существенно зависит от развития многих направлений математики, информатики. Математика и информатика становятся средством решения проблем организации производства, поисков оптимальных решений.  

          Программа Microsoft Excel – одна из наиболее практически значимых, востребованных.  Электронные таблицы не только позволяют автоматизировать расчеты, но и являются эффективным средством моделирования различных вариантов и ситуаций. Меняя значения исходных данных, можно проследить за изменением получаемых результатов и из множества вариантов решения задачи выбрать наиболее подходящий.

При выполнении работы я научилась решать конкретную практическую задачу математическими методами, планировать ее решение, проводить исследовательскую работу.

В ходе работы над темой я научилась создавать формализованную модель расчета площади ремонтируемой поверхности, применяя знания из геометрии. Для создания  математической модели расчетов количества и стоимости  материалов  для ремонта комнаты я определилась с видами ремонта, которые я хотела произвести и, соответственно, с необходимыми расчетными данными, и включила их в расчетную формулу. Выполняя данную работу, я, в очередной раз,  убедилась в необходимости математических знаний в нашей жизни.

При составлении компьютерной модели расчета расходов  и стоимости материалов освоила методы моделирования в среде Excel. В этой модели я смогу выполнять необходимые расчеты для ремонта, в зависимости от размеров помещения, стоимости материалов, видов ремонта.

Теперь я смогу смоделировать решение других профессиональных задач и планировать свою индивидуальную деятельность.

Литература

1. Атанасян Л.С. и др. Геометрия 10 - 11, М.: Просвещение, 2010
2. Угринович Н.Д. Информатика и информационные технологии, 10-11 класс. М.: – Бином Лаборатория знаний, 2007.
3. Семакин И.Г., Хеннер Е.К., Информатика и ИКТ. Базовый уровень. М.: – Бином Лаборатория знаний, 2011.
4. http://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_167387/?frame=1
5. http://vegosm.ru/catalog/section.php?SECTION_ID=6571
6. http://vegosm.ru/catalog/section.php?SECTION_ID=6514
7. http://vegosm.ru/catalog/section.php?SECTION_ID=6524