Что такое модель в каких случаях используется моделирование ответы?

4 ответов на вопрос “Что такое модель в каких случаях используется моделирование ответы?”

  1. Munikelv Ответить

    На современном этапе развития науки трудно представить себе процесс познания без использования технологий моделирования.
    Что такое моделирование?
    Моделирование – это создание модели объекта. (отвечает ученик)
    Объект – это некоторая часть окружающего мира, рассматриваемая человеком как единое целое (предметы, процессы, явления)
    Что такое модель?
    Модель – это аналог (заменитель) объекта. (отвечает ученик)
    Для чего и в каких случаях мы используем модели?
    Ответы учеников: Для исследования, изучения объектов. Когда объекты слишком малы или слишком велики, когда исследование объекта может быть опасно, когда объект уже или  еще не существует.
    Модели применяются людьми ещё с глубокой древности, однако лишь в эпоху новых информационных технологий и компьютеризации этот метод исследования приобрел столько разнообразных форм и средств реализации.
    В каких сферах деятельности используется моделирование?
    Ответы учеников: В архитектуре и дизайне, при  изучении различных наук, при проектировании,  в творческой деятельности  и т .п.
    Тему «Моделирование» мы изучаем уже не первый урок. Мы моделировали различные ситуации, биологические процессы, решали задачи, связанные с математическими расчетами.
    Цель нашего сегодняшнего урока:
    «Исследование движения тела под действием силы тяжести». Решать данную задачу мы будем поэтапно.
    Давайте вспомним этапы моделирования:
    1 этап – Постановка задачи
    2 этап – Разработка модели
    3 этап – Компьютерный эксперимент
    4 этап – Анализ результатов  моделирования
    Теперь остановимся поподробнее на каждом этапе:
    1 этап: Постановка задачи
    Парашютист при падении к земле испытывает действие двух сил (Каких?) силы тяжести и силы сопротивления.
    Установлено, что сила сопротивления зависит от скорости движения (Как?) Чем больше скорость падения, тем больше сила сопротивления.
    Fсопр = k v2
    Каково должно быть значение коэффициента k, чтобы парашютист приземлился со скоростью не более 8 м/с, которая не представляет опасности для здоровья.
    2 этап: Разработка модели
    2.1. Информационная модель

    Согласно 2 закону Ньютона  движение парашютиста под действием сил можно записать равенством
    Fрез = Fтяжести + Fсопр
    Проецируя это равенство на ось движения, получим:
    Fрез = Fтяжести – Fсопр или ma = mg – k v2
    Используя это равенство, получим формулу для вычисления ускорения:
    a = g – k v2 /m
    Будем рассчитывать скорость и расстояние, которое пролетел парашютист через равные промежутки времени t.
    Давайте вспомним формулы для равноускоренного движения (дети дома выписали формулы в тетрадь)
    t = t +   t
    V = V + a t
    S = S +  V t + a   t2 /2
    2.2. Компьютерная модель
    Таблица на экране и на карточках, заполняем её вместе с детьми, вcпомнив правила записи функций  в  программе MS EXCEL

    A
    B
    C
    D
    1
    Задача о парашютисте
    2
    3
    Исходные данные
    4
    Масса человека
    80
    5
    Коэффициент сопротивления
    3
    6
    Изменение времени
    0,5
    7
    Ускорение свободного падения
    9,81
    8
    Начальная скорость
    9
    10
    Расчет
    11
    Время
    Скорость
    Расстояние
    Ускорение
    12
    =$B$8
    =$B$7-$B$3*B12^2/$B$4
    13
    =А12+$B$6
    =B12+$B$6*D12
    =C12+B12*$B$6+D12*$B$6^2/2
    14
    3 этап: Компьютерный эксперимент
    На этом этапе дети создают таблицу по образцу в  программе MS EXCEL, распространяют формулы методом автозаполнения и выполняют задания на карточках (записывают ответы на вопросы):
    Исследовать движение тела парашютиста под действием силы тяжести и сопротивления воздуха (что происходит при увеличении скорости падения парашютиста)
    Выбрать из таблицы значение коэффициента сопротивления k для безопасного приземления парашютиста.
    В программе MS EXCEL построить график изменения скорости, ускорения и расстояния в зависимости от времени.
    Для детей, выполнивших задание раньше остальных, выдается дополнительное задание (за него ученик может получить дополнительную оценку)
    4 этап: Анализ результатов моделирования
    Выяснить у детей после проведения эксперимента, при каком же коэффициенте сопротивления падение парашютиста будет безопасным.
    Подведение итогов работы.
    Презентация
    Приложение 1
    Приложение 1

  2. Ariugda Ответить

    Процесс состоит из 5 этапов:
    Определение нужных свойств изучаемого объекта.
    Исследователь выбирает те части, которые его интересуют, а остальные отбрасывает, чтобы не мешались. Один объект может иметь несколько моделей, каждая из которых отображает некоторые из его особенностей.
    Например, мы хотим изучить человека:
    Психолог оставит только то, что связано с разумом и мыслями.
    Хирурга больше интересует анатомия.
    Маркетолога — поведенческая реакция потребителя на новый продукт.
    Получаются 3 разных описания человека, которые только частично замещают оригинал.
    Построение модели с нужной степенью точности на основании отобранных свойств.
    Проведение экспериментов. Исследователь работает с моделью, поэтому не рискует испортить оригинал. Изменяются условия работы, вводятся новые факторы. Реакции модели отслеживается и документируется.
    Процедура переноса информации о модели на реальный объект. То, что верно для копии, с большой степенью вероятности верно для оригинала. Если маленький домик рухнул от вибраций, то его старший собрат вряд ли переживет землетрясение.
    Использование полученных знаний для изменения, прогнозирования или управления. Вот мы выяснили, что здание неустойчиво. Тогда нужно срочно укрепить его, пока не произошло беды.
    Моделирование — это циклический процесс. Исследователь возвращается к самому началу, снова строит модель, но уже более точную.
    С каждым кругом он получает все больше информации о предмете изучения.
    Моделирование – это воссоздание и изучение фрагмента реальности для исследовательских целей.
    Метод применяется, когда необходимо:
    понять устройство, структуру, принципы функционирования моделируемого объекта;
    научиться управлять объектом;
    составить прогноз относительно поведения объекта в тех или иных ситуациях.

    Когда применяется моделирование

    Зачем экспериментировать с моделями, когда есть оригинал?
    Существуют ситуации, когда без построения модели не обойтись:
    предмет очень маленький или, наоборот, большой (атомы, планеты солнечной системы, вселенная);
    изучение последствий гипотетического явления, которое может возникнуть в будущем (что будет, если закончится вся нефть на планете);
    предмет уже не существует (мамонты, динозавры, первобытные люди);
    в ходе экспериментов оригинал может быть уничтожен (выдержит ли бункер попадание снаряда);
    объект еще не создан (проектируемое здание, бизнес на стадии идеи);
    исследуется сложная система, имеющая много особенностей и взаимосвязей, которые нужно отбросить для целей изучения (карта местности, человек);
    процесс идет чересчур стремительно или медленно (исследование тахионов — частиц, которые могут двигаться быстрее скорости света).

    Какие бывают модели (их виды)

  3. Felhagra Ответить

    Модели создаются, когда необходимо проверить поведение объектов в экстремальных условиях и режимах, с тем, чтобы знать, как они себя поведут и к каким последствиям это приведет. Очевидно, что такие эксперименты на реальном объекте могут быть не только дороги, но и небезопасны, в то время как моделирование позволяет получить нужную информацию о процессе или системе без лишних затрат и, главное, без негативных последствий.
    Модель строится там, где непосредственное экспериментальное исследование может быть вообще неосуществимо. В ряде же случаев мы вообще не имеем возможности наблюдать систему в интересующем нас состоянии. Например, разбор аварии на техническом объекте приходится вести по ее протокольному описанию. Или, например, прогноз поведения космического корабля на орбите. Имеется в виду этап первоначальных исследований, до первого запуска космических аппаратов.
    Таким образом, моделирование позволяет исследовать такие системы, прямой эксперимент с которыми:
    – трудно выполним;
    – экономически невыгоден;
    – вообще невозможен.

    Формальная схема моделирования

    Рассмотрим саму схему моделирования, как происходит замещение объекта моделью.
    Пусть мы имеем некоторую систему (объект – оригинал) А. Мы собираемся исследовать ее свойства S с помощью модели (например, математической модели).
    Моделирование предполагает наличие некоторых знаний о системе.

    Рис.1. Общая схема моделирования.
    На основании имеющейся информации в нашем сознании формируется некоторый образ системы. По определению, образ – целостное, но неполное представление системы, является продуктом психической деятельности человека.
    Если исходная информация отсутствует, то и модель построить невозможно. В этом случае мы имеем ситуацию типа «черный ящик». Образ системы не сформирован. Исследование объекта производится методом проб.
    Основное свойство образа – он не может быть адекватен системе, поскольку всей информации получить невозможно, иначе не было бы смысла строить модель.
    Прежде чем строить саму математическую модель, мы описываем исследуемую систему и ее предполагаемые свойства на содержательном уровне.
    Необходимо помнить, что модель создается для решения конкретной практической задачи. В практике математического моделирования исходным пунктом является некоторая эмпирическая ситуация. То есть появляется задача, на которую требуется найти ответ. Выдержит ли мост предполагаемую нагрузку, хватит ли закупленного угля до конца отопительного сезона и сколько, откуда и куда следует привезти груза, – иными словами, необходимо получить конкретные ответы на конкретные вопросы.
    Содержательное описание системы уже само является моделью. Такая содержательная модель называется концептуальной. Она содержит описание структуры, предполагаемых свойств, связей и известные значения параметров. Здесь формулируются гипотезы о поведении системы и все ограничения применимости будущей математической модели. Построение концептуальной модели является первым этапом моделирования.
    Далее выбираем математический аппарат и создаем систему уравнений или арифметических соотношений. Таким образом мы создаем некоторый искусственный (математический) объект А, исследование которого средствами математики и должно ответить на поставленные вопросы о свойствах S системы. Мы переводим концептуальную модель на формальный математический язык.
    В такой постановке А называется математической моделью системы А относительно совокупности S ее свойств.
    В действительности мы моделируем не реальную систему А, а ее образ, сформированный нашим сознанием.
    Результаты моделирования сравниваются со свойствами системы. Мы уточняем образ и соответственно модель.
    Моделирование, как мы видим из схемы – процесс циклический. Это означает, что за первым циклом может последовать второй, третий и т.д. При этом знания об исследуемом объекте расширяются и уточняются, а исходная модель постепенно совершенствуется. В процессе моделирования и познания свойств, образ все больше приближается к реальному объекту. Недостатки, обнаруженные после первого цикла моделирования, обусловленные малым знанием объекта и ошибками в построении модели, можно исправить в последующих циклах.
    Формальная схема моделирования включает ряд последовательных этапов:
    – постановка задачи;
    – выбор нужного инструментария (математического аппарата) для модели;
    – построение математической модели (переводисходной информации на математический язык – концептуальной модели в математическую);
    – если модель реализуется программно, то существует этап разработки алгоритма и собственно программирования;
    – интерпретация результатов моделирования;
    – оценка валидности модели (валидность – достоверность результатов, способность выполнять задачу).
    МНОГООБРАЗИЕ МОДЕЛЕЙ СИСТЕМ

    Общая классификация

    Прежде, чем приступать к моделированию, необходимо определиться какую модель мы собираемся создавать. Существуют различные виды моделей и различные признаки их классификации.
    Чаще встречается классификация моделей по способам реализации (исполнения), это наиболее полная классификация, хотя четкой границы между классами провести всегда сложно.
    По этому признаку все множество моделей можно разделить на три основных класса: физические, виртуальные и абстрактные.

    Рис.2. Общая классификация моделей (по форме представления)

    Физические модели (они часто называются предметными).

    Физические модели — это материальные модели, эквивалентные или подобные в той или иной степени оригиналу. В общем случае у физических моделей процесс функционирования такой же, как у оригинала. Он имеет ту же, или подобную физическую природу. Они различаются по критерию подобия. Критерием подобия является безразмерная величина, представляющая отношение одноименных физических величин объекта и модели.
    – Геометрически подобные, масштабные. Эти модели воспроизводят пространственно- геометрические характеристики оригинала (макеты зданий и сооружений, учебные муляжи, большинство детских игрушек и др.). Критерием подобия является соотношение размеров.
    Иногда физические модели выполняют в натуральную величину, например, при создании макетов космических модулей. Тогда критерий подобия равен единице.
    – Физические модели. Они могут строиться на основании подобия любой физической величины, характеризующей свойства оригинала (аэродинамические модели летательных аппаратов, гидродинамические модели судов и т.п.).
    Теория обеспечивала возможность достоверного переноса данных, полученных на модели, на «натуру», на свойства и параметры реального, но еще не существующего объекта.
    – Аналоговые или приборные. Аналоговое моделирование основано на том, что свойства и параметры воспроизводятся с помощью модели иной, чем у оригинала физической природы. Например, моделью колебательных систем может быть электрический колебательный контур (школа), состоящий из индуктивности, емкости, сопротивлений, проводов, источника электричества.

    Виртуальные модели.

    Виртуальные модели – это в основном компьютерные визуальные модели реального или придуманного пространства (виртуальный – это кажущийся). Из определения понятно, что моделируются свойства некоторого пространства с эффектом присутствия в этом пространстве самого пользователя.
    Интернет так же является моделью виртуального пространства. В этом пространстве реализуется вполне реально мировая интернет-экономика.
    К виртуальным моделям относятся различные тренажеры. Например, тренажеры летного состава. Моделирование различных ситуаций на таком тренажере настолько реальны, что по физической и психологической нагрузке на человека такие модели практически не отличаются от реальных процессов.
    В настоящее время виртуальные модели находят широкое использование в учебной практике. Как известно, процесс обучения может осуществляться в форме усвоения обучаемым «готового» знания и в форме учебного исследования. Источник готового знания – это книга. Учебное исследование – это эксперимент. Виртуальная обучающая модель (манипулятивная динамическая модель) как раз и дает возможность проведения экспериментов с объектами виртуальной учебной среды. Это метод компьютерного воссоздания формы, структуры, функций какой либо живой системы, либо неживой природы. Обучающийся в интерактивном режиме может изменять параметры системы, исследуя ее реакцию изучать саму систему с различных сторон ее проявления. Это новая информационная культура обучения.
    К некомпьютерным виртуальным моделям можно отнести словесный портрет, используемый в криминалистике. Живопись, кинофильм – все это фактически виртуальные модели, поскольку создают виртуальную среду сопереживания человека.

    Абстрактные модели.

    Абстрактные модели часто называются информационными. Они отражают информационную сторону системы с помощью языковых, математических, графических, алгоритмических и других средств абстрагирования. Они не имеют физического сходства с оригиналом и не обладают его физическими свойствами. В абстрактных моделях физические свойства системы представлены их формализованными, абстрактными, символическими отображениями.
    Следует отметить, что границы между классами моделей провести, достаточно четко не удается. Поэтому классификация не всегда бывает однозначной. Например, виртуальные компьютерные модели, используемые в процессе преподавания школьникам естественных наук. С одной стороны, действительно, это виртуальные модели. Они организуют деятельность учащихся в виртуальной среде, максимально приближенной средствами компьютерной графики к процессу реализации реальных экспериментов. С другой стороны, эти модели вполне законно можно отнести к классу абстрактных моделей. Они фактически являются компьютерной реализацией дифференциальных уравнений, моделирующих реальные физические процессы.
    Абстрактные модели можно разделить на концептуальные, графические и математические.
    Концептуальными моделями являются языковые (вербальные) описания систем (описание свойств и параметров на некотором естественном языке, текстовые материалы проектной документации, словесное описание результатов технического эксперимента).
    Графическая модель – это представление систем средствами графики.
    К графическим моделям относятся графы, графики, логические схемы и т.д. Блок-схемы алгоритмов программ так же являются графическими моделями.
    Сюда же можно отнести конструкторские чертежи, графические изображения объектов. Хотя геометрия и является одной из отраслей математики, целесообразно к этому классу отнести и геометрические модели объектов.
    Математические модели представляют собой формализованное описание изучаемой системы с помощью абстрактного языка, в частности, с помощью формул, уравнений, неравенств, логических условий, матриц, операторов и т. д., отображающих процесс функционирования системы.

  4. VideoAnswer Ответить

Добавить ответ

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *