Кибернетическая модель управления. Понятие алгоритма и его свойства.
план-конспект урока по информатике и икт (9 класс) по теме

                              Оценочный лист                                                                       

Фамилия, имя ученика _________________________                          

Шкала баллов:

9-14 баллов – «5»

7-8 баллов   – «4»

5-6 баллов   – «3»

                              Оценочный лист                                                                       

Фамилия, имя ученика __________________________        

Шкала баллов:

9-14 баллов – «5»

7-8 баллов   – «4»

5-6 баллов   – «3»

                           Задание 1

                           Задание 2

                           Задание 1

                           Задание 2

Тема  урока:     Кибернетическая модель управления. Управление без обратной связи. Понятие алгоритма и его свойства.

 I. Организационный этап.

 Добрый день ребята! Присаживайтесь на места.  Желаю, чтобы за время урока вы поднялись на ступеньку выше в своих знаниях. Удачи вам!

II. Подготовка к основному этапу.

     Мы начинаем изучение новой главы: «Управление и алгоритмы ».

Вы узнаете:

• Что изучает наука кибернетика.
• Что  такое алгоритм управления.
• Какие бывают алгоритмы.

         Запишите в тетрадях  сегодняшнее число   и  тему  урока: «Кибернетическая модель управления. Управление без обратной связи. Понятие алгоритма и его свойства.

      Вопросы,   которые  мы   сегодня разберем:

• Возникновение кибернетики.
• Что такое управление
• Алгоритм управления
• Исполнитель алгоритма
• Определение и свойства алгоритма.
• Формы записи алгоритмов.

Узнаем,  благодаря какой науке стало возможно создание роботов. Уже моделируются отдельные функции головного мозга, актуален вопрос о создании искусственного интеллекта.  

Ребята, ваша работа во время урока будет оцениваться с помощью оценочных листов, подпишите их.   За активную работу будете получать поощрительные баллы, которые повлияют на общую оценку.

    Прежде чем начать изучение новой темы, я предлагаю вам сыграть в игру.

Играют двое. Перед ними 11 палочек.  Игроки берут палочки  по очереди. За один ход можно взять 1,2,3 или 4 палочки. Проигрывает  тот, кто забирает последнюю палочку.

Кто хочет поиграть?  (две игры, в которых побеждает учитель)

Ребята, почему оба раза победила я,  случайным ли это образом? В ходе урока мы с вами в этом разберемся.

     III. Усвоение новых знаний.

В 1948 году  в США и Европе вышла книга американского математика Норберта Винера  «Кибернетика, или управление и связь в животном и машине». Эта книга провозгласила рождение  новой  науки — кибернетики.

Ребята, давайте рассмотрим простейшую ситуацию — два объекта: один — управляющий, второй управляемый. Взаимодействие между такими объектами можно изобразить схемой, изображенной на рисунке.

   Управляющий                 Управляющее                Управляемый

       объект                           воздействие                      объект

 Например,  в процессе  управления уличным движением: светофор — управляющий объект, а водители — управляемые объекты. Причем светофор никак не реагирует на обстановку на дороге. Такое управление называют управлением без обратной связи. 

Ребята  приведите другие примеры  взаимодействия управляющего и управляемого объектов…

А с какой целью водитель выполняет  команды светофора.  Верно, с целью благополучного проезда перекрестка.

 Команды отдаются не случайным образом, а с вполне определенной целью. В простейшем случае цель может быть достигнута после выполнения одной команды. Для достижения более сложной цели бывает необходимо выполнить последовательность команд.

  Целенаправленное воздействие   управляющего объекта на объект  управления называют управлением. А анализирует  процесс управления  наука кибернетика. 

Итак, кибернетика — это наука об управлении, связях и обработке информации

А теперь, ребята, выполните задание 1:      

В приведённом ниже списке найдите соответствие между управляющим и управляемым объектами и заполните таблицу: 

    оркестр, лошадь, тренер, наездник, актёр, дирижёр, водитель, режиссёр, спортсмен, автобус.

  На оборотной стороне вашего оценочного листа заполните таблицу задания 1.  

Молодцы, я вижу, что с заданием вы справились, поменяйтесь оценочными листами. А теперь проверьте правильность выполнения задания, если пара объектов составлена верно, то напротив в третьем столбце поставьте знак «+», иначе «- ». Посчитайте количество «+» и в оценочный лист напротив задания 1 поставьте количество баллов, соответствующее количеству «+».  

С кибернетической  точки зрения все варианты управляющих воздействий следует рассматривать как управляющую информацию, передаваемую в форме команд.  Световые сигналы светофора шофер воспринимает как команды: красный — «стоять», желтый — «приготовиться», зеленый — «ехать».

Ребята, обобщая все сказанное, мы можем дать определение алгоритма управления. Кто попытается  сформулировать определение алгоритма управления?

Алгоритм управления — это последовательность команд по управлению объектом, выполнение которой приводит к достижению заранее поставленной цели.

А объект управления  называют исполнителем управляющего алгоритма

С точки зрения кибернетики разнообразные процессы управления  в природе, технике, обществе происходят сходным образом, подчиняются одним и тем же принципам.

Каждый человек в повседневной жизни выполняет огромное количество алгоритмов. Мы выполняем алгоритмы, когда переходим улицу, готовим еду, делаем уроки, звоним по телефону. Чем больше алгоритмов мы осваиваем, тем больше наш жизненный опыт.  Так откуда же взялось понятие алгоритм?

   Слово «алгоритм»   произошло от имени средневекового математика Мухаммеда аль-Хорезми, который придумал правила выполнения арифметических действий над многозначными числами. Сочинения по искусству счета стали называть алгоритмами, от латинского написания имени аль-Хорезми.

Какими же свойствами должен обладать алгоритм, чтобы его выполнение привело к поставленной цели?

Ребята, перед вами алгоритм приготовления блюда быстрого  питания:

1. Высыпать в емкость содержимое пакетика
2. Налить в емкость 200 мл горячей воды
3. Тщательно перемешать.

Мы видим, что алгоритм  разбит  на  отдельные   шаги.

Разбиение алгоритма на отдельные шаги называют свойством дискретности 

Один шаг алгоритма называют командой.

Посмотрите  на  алгоритм  стиральной  машины  автомата и скажите,  какая команда лишняя:

• замачивание
• стирка
• полоскание  
• отжим
• сушка
• загрузка одежды

- Загрузку одежды стиральная машина выполнить не может.

Верно, значит, данную команду следует исключить из алгоритма стиральной машины

Всякий  алгоритм рассчитан  на конкретного исполнителя.  Любой исполнитель алгоритмов  умеет  выполнять лишь ограниченный перечень   команд.

Перечень  команд исполнителя, которые он может выполнить называют системой   команд исполнителя алгоритмов (СКИ) 

Итак, следующее свойство алгоритма:

Понятность – включение в алгоритм  только тех  команд, которые входят в систему команд исполнителя.

Прочитайте алгоритм, описывающий как добраться до стадиона

1. Идти прямо
2. Повернуть
3. Идти прямо
4. Сесть на автобус
5. Доехать до остановки «Стадион»

Что здесь не так?

- Не указано: сколько идти, куда повернуть, и на какой автобус сесть.

Да, верно, то есть команды заданы неоднозначно. Следующее свойство:

Точность – однозначное определение каждой команды  алгоритма.

Прочитайте   алгоритм  чтения  книги

1. Прочитайте первую страницу
2. Переверните страницу
3. Если не дошли до последней страницы книги, то откройте  первую страницу и перейдите к первой команде.

Что здесь не так?

- Алгоритм никогда не закончится.

Верно, алгоритм будет бесконечен. Следующее наше свойство:

Конечность – завершение алгоритма за конечное число шагов.

Итак, алгоритм должен обладать какими свойствами?

• Дискретность
• Понятность
• Точность
• Конечность

Если алгоритм обладает перечисленными свойствами, то работа по нему будет производиться исполнителем формально, без понимания сущности алгоритма. На этом основана работа программно-управляемых промышленных роботов.

А теперь, ребята, вычислите площадь  прямоугольника,
если  длина а=10 см

- мы не можем вычислить площадь, так как не знаем ширины прямоугольника.

Верно, для успешного выполнения алгоритма требуется полный набор данных, а в нашем случае не хватает значения ширины прямоугольника.

Обобщая все сказанное, можно сформулировать  определение алгоритма. Прочитайте определение на стр. 151 вашего учебника. Однозначного определения алгоритма не существует, вот еще одна трактовка понятия алгоритм:

Алгоритм – последовательность действий, выполнение которых позволяет достигнуть поставленной  цели.

Исполнитель алгоритма  –  объект, способный выполнять определённый набор команд.

IV Первичная проверка понимания темы.

А теперь выполните задание 2.  На оборотной стороне вашего оценочного листа заполните таблицу задания 2. Для выполнения данного задания можно воспользоваться  стр. 149-150 вашего учебника. Ваша задача найти и вписать в таблицу,  какое свойство алгоритма нарушено.  

Задание 2.

1)  «Жить так, чтобы не было больно за бесцельно прожитые годы Н.Островский

2)   - Умножить число 12 на 3

      -  Разделить полученный результат

      -  Умножить  полученный  результат       на 7

3)     Ученика  2-го класса просят выполнить следующую последовательность действий:

         - Прибавить к числу 5 число 3

         -  Вычислить квадратный корень  получившегося числа

         -  Умножить получившийся  результат на 5.

    4)  -    x = 5*4

          -    пока  х >0, умножать х  на  2

Поменяйтесь оценочными листами, и проверьте правильность выполнения заданий.

Точность, точность, понятность, конечность

  Ребята один и тот же алгоритм может быть записан в разных формах:

• Словесный;
• Графический (блок-схемы);
• Псевдокод;
• Программа.

Словесная форма  записи алгоритмов обычно используется для алгоритмов,   ориентированных   на исполнителя-человека.

Блок-схема  представляет алгоритм в наглядной графической форме.

Псевдокод   представляет собой систему обозначений и правил, предназначенную для единообразной записи алгоритмов.

Программа– алгоритм, записанный  для  компьютера.

А теперь давайте разберемся, почему же а выиграла в игру оба раза?

- Вы действовали по определенному алгоритму, для достижения цели.

Верно!  Поиск выигрышной тактики игры — интересная и полезная задача. Мы с вами играли в игру Баше.

Играют двое. Перед ними 11 палочек.  Игроки берут палочки  по очереди. За один ход можно взять 1,2,3 или 4 палочки. Проигрывает  тот, кто забирает последнюю палочку.

Имеется выигрышная тактика для игрока, берущего палочки вторым. Алгоритм этой тактики описан в учебнике на стр. 148. Она заключается в том, чтобы брать такое количество палочек, которое дополняет число палочек, взятых соперником на предыдущем ходе,  до пяти.

Играем два раза. Первый раз вторыми ходят ребята первого варианта, а  во второй раз ребята второго варианта.

Поставьте себе в оценочный лист  по 1 баллу за одну победу.

V. Подведение итогов урока.

Итак, ребята, подводя итоги урока, давайте вспомним и разберем основные понятия, которые вы сегодня узнали.

- кибернетика, алгоритм, исполнитель алгоритма, свойства алгоритма, полный набор данных.

Спасибо за работу. Теперь посчитайте общее количество баллов в оценочных листах и сдайте их мне. Вам будут поставлены отметки.

VI. Информация  о домашнем задании.

Откройте дневники и запишите домашнее задание:

• § 25, § 27.
• Вопросы 4 (устно), стр. 153
• Составить алгоритм решения квадратного уравнения (на «4», «5»).