Моделирование как путеводная звезда в познании мира
творческая работа учащегося по информатике и икт (7 класс) по теме

(Слайд 2)Моделирование как путеводная звезда в познании мира.

I. АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ.

Моделирование неотделимо от развития знания. Практически во всех науках о природе, живой и неживой, об обществе, построение и использование моделей является мощным орудием познания. Реальные объекты и процессы бывают столь многогранны и сложны, что лучшим способом их изучения часто является построение модели, отображающей какую-то грань реальности и потому многократно более простой, чем эта реальность, и исследование вначале этой модели

В последнее время моделирование и связанные с ним методы исследования пронизывают едва ли не всю современную науку. Модели эффективно используются в планировании и управлении, социологии, экономике, биологии и других областях знаний.

Решая насущные вопросы, мы не задумываемся о том, что открываем для себя начала теории моделирования, что всё в нашей жизни подчиняется неким законам и правилам.

II.  ПРЕДМЕТ ИССЛЕДОВАНИЯ (слайд 3)

Исследование использования теории моделирования и самих моделей при изучения различных школьных предметов.

III. ФОРМУЛИРОВКА ПРОБЛЕМЫ

Как моделирование помогает нам получать знания на различных уроках? Как мы познаём окружающий мир с помощью моделей?

IV. ВЫДВИЖЕНИЕ ГИПОТЕЗЫ

В современных учебниках понятие о моделях дается в примитивной форме в курсе 7 класса, в то время как модели – важнейший инструмент получения знаний для решения теоретических и практических задач. Суть этого понятия гораздо глубже, чем дается в учебниках.

V. ПРОВЕРКА ГИПОТЕЗЫ (слайд 4)

      В ходе работы изучили множество учебников и учебных пособий на предмет наличия в них моделей. Мы выяснили, что в той или иной степени практически во всех науках о природе, живой и неживой, об обществе, построение и использование моделей является мощным орудием познания.

    Мы пришли к такому выводу благодаря изучению теории моделирования.

    Итак, основоположником современного метода познания нужно считать Г. Галилея который выделял в нем четыре фазы:

1) чувственный опыт;

2) выдвижение гипотезы в виде аксиомы;

3) математическое развитие аксиомы и вывод  логических следствий;

4) экспериментальная проверка гипотезы и вытекающих из нее следствий.(слайд 5)

Получается, с помощью органов чувств мы познаём отдельные предметы и явления окружающего мира. Такое познание называется чувственным познанием. Но возможности чувственного познания ограниченны. (Слайд 6) Законы мира, сущность предметов и явлений, общее мы познаём с помощью мышления.

Человек стремится познать объекты окружающего мира, он взаимодействует с существующими объектами и создаёт новые объекты. Одним из методов познания объектов окружающего мира является моделирование. Моделирование – метод научного познания, который включает построение моделей (или выбор готовых) и изучение их с целью получения новых сведений о рассматриваемых физических объектах. (слайд 7)

Однако моделирование как специфическое средство и форма научного познания не является изобретением 19 или 20 века.(слайд 8)

            Достаточно указать на представления Демокpита и Эпикура об атомах, их форме, и способах соединения, об атомных вихрях и ливнях, объяснения физических свойств различных веществ с помощью представления о круглых и гладких или крючковатых частицах, сцепленных между собой. Эти представления являются прообразами современных моделей, отражающих ядеpно-электpонное строение атома вещества.(слайд 9)

В отчётливой форме (хотя без употребления самого термина) моделирование начинает широко использоваться в эпоху Возрождения; Брунеллески, Микеланджело и другие итальянские архитекторы и скульпторы пользовались моделями проектируемых ими сооружений; в теоретических же работах Г. Галилея и Леонардо да Винчи не только используются модели, но и выясняются пределы применимости метода моделирования.(слайд 10)

Ньютон в поисках модели, описывающей движение небесных тел, заранее искал ее в виде некоторой математической формулы. Но Тихо Браге составил модель движения планет в виде таблиц, а Кеплер — в виде описаний законов их движения.

 В  19 веке трудно назвать область науки или её приложений, где моделирование не имело бы существенного значения; исключительно большую методологическую роль сыграли в этом отношении работы Кельвина, Дж. Максвелла, Ф. А. Кекуле, А. М. Бутлерова и других физиков и химиков — именно эти науки стали, можно сказать, классическими «полигонами» метода моделирования.

Моделирование приобрело общенаучный характер и применяется в исследованиях живой и неживой природы, в науках о человеке и обществе.(слайд 11)

При дальнейшем pассмотpении моделей и процесса моделирования  исходим из того, что общим свойством всех моделей является их способность  отображать действительность. В зависимости от того, какими средствами, при каких условиях, по отношению к каким объектам познания это их общее свойство реализуется, возникает большое pазнообpазие моделей, а вместе с ним и проблема классификации моделей. (слайд 12)

          Модели делятся на материальные, информационные, компьютерные. (слайд 13)

            Классифицируем информационные мо дели объектов и процессов по форме представления. По этому признаку модели делятся на графические, вербальные, табличные, математические.

Форма информационной модели  зависит от цели ее созда ния. (слайд 14)

1. Для представления вербальных моделей используются естественные и формальные языки

Естественные языки используются для построения словесных, описательных моделей (например, литературные произведения фокусируют внимание читателя на определенных сторонах человеческой жизни).

В истории науки также существуют многочисленные текстовые информационные модели (например, гелиоцентрическая модель мира Коперника).

Словесные модели могут описывать ситуации, события, происходящие в жизни, с целью их осмысления и использования опыта.

Со словесного описания начинается построение любой информационной модели, так как оно более или менее точно отражает оригинал. (слайд 15)

2.Формальные языки используются для построения формально-логических моделей – математических, логических и специальных.

Процесс построения информационных моделей с помощью формальных языков называется формализацией.

Наиболее распространенным формальным языком является алгебраический язык формул в математике, который позволяет описывать функциональные зависимости между величинами.

Модели построенные с использованием математических  формул и понятий, называются математическими. (слайд 16)

3. Графические (или геометрические) информационные модели являются простейшим видом моделей, которые передают внешние признаки объекта – размеры, форму, цвет.

Графические модели более информативны, чем словесные. Без карт трудно представить себе ботанику и биологию, географию, военное дело, судоходство и т.д.

Современные технологии не могут обойтись без информационных моделей технических устройств, зданий и т.д. в виде чертежей. (Слайд 17)

4.Одной из наиболее часто встречающихся структур информационных моделей являются таблицы. Они имеют очень широкое распространение. Только в школьной практике нам приходится встречаться с массой таблиц: расписание занятий, журнал успеваемости, график дежурств, таблица Менделеева, таблицы физических свойств веществ (плотность, теплоемкость, электрическое сопротивление и пр.), таблицы исторических дат и многое другое. Информация в таблицах обязательно упорядочена по какому-то принципу (например, в классном журнале – в алфавитном порядке фамилий учеников; в расписании занятий – по дням недели и номерам уроков и т.д.). Эта упорядоченность позволяет быстро находить нужные сведения.

В таблице может содержаться информация о различных свойствах объектов, об объектах одного класса и разных классов, об отдельных объектах и группах объектов.(слайд 18)

           А теперь рассмотрим, как на предметах, которые мы изучаем используются данные модели.

Например, из курса географии мы знаете, что ….

из курса физики мы знаете, что….

из курса биологии мы знаете, что….

Из курса математики мы знаем, что …

   Итак, как мы видим, в географии, физике, биологии, математики, как и в других предметах, широко используется моделирование, которое способствует лучшему усвоению материала и наглядному изучению этих предметов.

           Основная  идея моделирования, визуализации мышления: каждую мысль, каждый образ или эмоцию можно представить себе как объект, от которого расходятся во все стороны многочисленные ниточки – связи, ведущие к другим объектам (мыслям, образам, эмоциям).

         Мозг – хранилище информации – выглядит как огромная система таких объектов и связей между ними, а мышление можно себе представить, как  электрический ток, бегущий по связующим ниточкам, как по проводам, от одного объекта к другому.  Мышление «разбегается» от центрального объекта в разные стороны. Такой процесс можно представить с помощью любой модели.(слайд 19)

         Поэтому, информа ционное моделирование  - это не только  моделирование объектов и про цессов, но моделирование знаний. И на уроках мы с учителями учимся манипулировать знаниями с помощью  моделирования. Существуют различные типы моделей знаний. Наиболее извес тные из них — продукционная модель, семантическая сеть, фрей мы.(слайд 20)

Продукционная модель знаний построена на правилах,  представляемыми в форме:

ЕСЛИ выполняется некоторое условие ТО выполняется некоторое действие (слайд 21)

Семантические сети. Семантической сетью называется система понятий и отношений между ними, представленная в форме ориен тированного графа. Это одна из наиболее гибких и универсальных форм моделей знаний. (слайд 22)

           Фреймы. Фрейм — это некоторый абстрактный образ, относя щийся к определенному типу объектов, понятий. Фрейм объеди няет в себе атрибуты (характеристики), свойственные данному объекту. Фрейм имеет имя и состоит из частей, которые называ ются слотами. Изображается фрейм в виде цепочки:

Имя фрейма = <слот 1><слот 2>...<слот N>

Вот пример фрейма под названием «Битва»:

Битва = <кто?><с кем?><когда?><где?><результат>

Такое представление называется прототипом фрейма. Если же в слоты подставить конкретные значения, то получится экземп ляр фрейма. Например:

Битва = <Царевич><Кощей Бессмертный><утром><в чис том поле><победил>

Итак, в своей деятельности — художественной, научной, практической — человек очень часто создает некоторый образ того объекта (процесса или явления), с которым ему приходится или придется иметь дело, — модель этого объекта. Создание этого образа всегда преследует некую цель. Модель важна не сама по себе, а как инструмент, облегчающий познание или наглядное представление.

Интерпретация результатов:

Работая над этим проектом, я узнала массу полезного и интересного, прямо или косвенно связанного с теорией моделей. Ведь модель – это и различные схемы, и причинно-следственные связи, и маршруты, и всевозможные геометрические фигуры, и даже оригами. Оказывается, ни одна наука не обходится без моделей. Ну и не будем забывать, что изначально модели предназначались для передачи информации от поколения к поколению.

Также я узнала, что теория модели, хоть и получила начало в далеком прошлом, но все же активно развиваться стала совсем недавно (с середины XX века), так что эту область нельзя считать до конца изученной, в ней есть еще чем удивить, и, я уверена, что в будущем нас ждет еще не одно открытие в скромной теории моделей, пылящейся пока на задворках современной науки.

 Подведение итогов: (слайд 23)

Итак, в ходе работы мною были изучены различные учебные материалы: учебники, справочники, энциклопедии и пр., помогающие сделать вывод о важной роли теории моделей в познании окружающего мира.

Моделирование глубоко проникает в теоретическое мышление. Более того, развитие любой науки в целом можно трактовать как «теоретическое моделирование». Важная познавательная функция моделирования состоит в том, чтобы служить импульсом, источником новых знаний. При этом в процессе моделирования возникают новые идеи, происходит открытие ранее неизвестных фактов.

Моделирование — не только одно из средств отображения явлений и процессов реального мира, но проверка  наших знаний. Применяясь в органическом единстве с другими методами познания, моделирование выступает как процесс углубления познания, его движения от относительно бедных информацией моделей к моделям более содержательным.

В качестве продукта моего проекта выступает презентация Microsoft PowerPoint.

Литература: (слайд 24)

1.  «Энциклопедия для детей,  Математика», том 11, М.: «Аванта+», 2003г.
2. Березина Л. Ю. «Графы и их применение. Пособие для учителей».
3. Никольская И. Л., Фирсов В. В. «Избранные вопросы математики», М.:«Просвещение», 1981г.
4. Богомолов А.С. Античная философия. М., МГУ, 1985
5. Веденов А.А. Моделиpование элементов мышления. М., Наука, 1988.