- Главная
- Разное
- Дизайн
- Бизнес и предпринимательство
- Аналитика
- Образование
- Развлечения
- Красота и здоровье
- Финансы
- Государство
- Путешествия
- Спорт
- Недвижимость
- Армия
- Графика
- Культурология
- Еда и кулинария
- Лингвистика
- Английский язык
- Астрономия
- Алгебра
- Биология
- География
- Детские презентации
- Информатика
- История
- Литература
- Маркетинг
- Математика
- Медицина
- Менеджмент
- Музыка
- МХК
- Немецкий язык
- ОБЖ
- Обществознание
- Окружающий мир
- Педагогика
- Русский язык
- Технология
- Физика
- Философия
- Химия
- Шаблоны, картинки для презентаций
- Экология
- Экономика
- Юриспруденция
Модели и моделирование в естествознании презентация
Содержание
- 1. Модели и моделирование в естествознании
- 2. Модели в нашей жизни
- 3. Развитие науки невозможно без создания теоретических моделей
- 4. Всё художественное творчество фактически является процессом создания
- 5. Что такое модель? МОДЕЛЬ – это
- 7. Моделирование - это метод познания, состоящий в
- 8. Оригиналы и модели
- 9. Что можно моделировать? Модели объектов: уменьшенные
- 10. Моделирование Когда используют моделирование: оригинал не
- 11. Цели моделирования Познание действительности. Проведение экспериментов.
- 12. Свойства моделей Конечность: модель отображает оригинал лишь
- 13. Функции моделей: онтологическое представление объекта как
- 14. Оригиналу может соответствовать
- 15. Природа моделей материальные (физические, предметные) модели:
- 16. КЛАССИФИКАЦИИ МОДЕЛЕЙ Категории
- 17. Классификация по области использования
- 18. Классификация моделей по области использования Биологические Исторические Физические и др.
- 19. Модели по области применения учебные (в
- 21. Классификация по способу представления
- 22. МОДЕЛИРОВАНИЕ НАТУРНОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ Натурные модели
- 23. МОДЕЛИ Материальные Информационные макеты зданий и
- 24. Способы описания информационных
- 25. Способы представления логических моделей
- 26. закон Всемирного тяготения второй закон Ньютона закон Кулона строение молекулы воды
- 27. Классификация на основе учета фактора времени и области использования
- 28. Модели, описывающие объект или
- 29. Модели по структуре табличные модели (пары
- 30. Системный подход Граф – это набор
- 31. Системный подход Семантическая (смысловая) модель предложения:
- 32. Классификация по способу реализации (С.Е.
- 33. Дискриптивные (описательные
- 34. Абстрактное моделирование (компонентами абстрактной модели
- 35. ФОРМАЛИЗАЦИЯ ПРИВЕДЕНИЕ (СВЕДЕНИЕ, ПРЕДСТАВЛЕНИЕ) ИНФОРМАЦИИ, СВЯЗАННОЙ С
- 36. исследование оригинала изучение сущности объекта или
- 37. I. Постановка задачи Хорошо поставленная задача:
- 38. II. Разработка модели выбрать тип модели
- 39. III. Тестирование модели Тестирование – это
- 40. IV. Эксперимент c моделью Эксперимент –
- 41. V. Проверка практикой, анализ результатов Возможные
- 42. Пример. Задача. Обезьяна хочет сбить
- 43. I. Постановка задачи Допущения: кокос и
- 44. II. Разработка модели Графическая модель h
- 45. III. Тестирование модели при нулевой скорости
- 46. IV. Эксперимент Метод I. Меняем угол
- 47. V. Анализ результатов Всегда ли обезьяна
Модели в нашей жизни
Слайд 3Развитие науки невозможно без создания теоретических моделей (теорий, законов, гипотез и
т.д.), отражающих строение, свойства и поведение реальных объектов.
Истинность теоретических моделей, т.е. их соответствие законам реального мира, проверяется с помощью экспериментов.
Гелиоцентрическая система мира Птолемея
Модель генома человека
Слайд 4Всё художественное творчество фактически является процессом создания МОДЕЛЕЙ:
литературный жанр (басня);
любое литературное произведение (рассказ, повесть и т.д.);
модели в художественной форме (живописные полотна, скульптуры, театральные постановки и т.д.).
модели в художественной форме (живописные полотна, скульптуры, театральные постановки и т.д.).
Слайд 5
Что такое модель?
МОДЕЛЬ – это объект, который обладает некоторыми свойствами другого
объекта (оригинала) и используется вместо него.
Замена одного объекта (процесса или явления) другим, но сохраняющим все существенные свойства исходного объекта (процесса или явления), называется МОДЕЛИРОВАНИЕМ, а сам заменяющий объект называется МОДЕЛЬЮ исходного объекта
Слайд 7Моделирование - это метод познания, состоящий в создании и исследовании моделей.
Модель создается человеком в процессе познания окружающего мира и отражает существенные особенности изучаемого объекта, явления или процесса. Для описания и исследования одного и того же объекта может использоваться несколько моделей. Для описания и исследования разных объектов может использоваться одна и та же модель.
ОДИН
ИЗ
ОСНОВНЫХ
МЕТОДОВ
ПОЗНАНИЯ
НЕОТЬЕМЛЕМЫЙ
ЭЛЕМЕНТ
ЛЮБОЙ
ЦЕЛЕНАПРАВЛЕННОЙ
ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
ПРОЦЕСС ПОСТРОЕНИЯ МОДЕЛЕЙ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИЗУЧЕНИЯ
О, П, Я
Слайд 9
Что можно моделировать?
Модели объектов:
уменьшенные копии зданий, кораблей, самолетов, …
модели ядра атома,
кристаллических решеток
чертежи
…
Модели процессов:
изменение экологической обстановки
экономические модели
исторические модели
…
Модели явлений:
землетрясение
солнечное затмение
цунами
…
чертежи
…
Модели процессов:
изменение экологической обстановки
экономические модели
исторические модели
…
Модели явлений:
землетрясение
солнечное затмение
цунами
…
Слайд 10
Моделирование
Когда используют моделирование:
оригинал не существует:
древний Египет
последствия ядерной войны (Н.Н. Моисеев, 1966)
исследование
оригинала опасно для жизни или дорого:
управление ядерным реактором (Чернобыль, 1986)
испытание нового скафандра для космонавтов
разработка нового самолета или корабля
оригинал сложно исследовать непосредственно:
Солнечная система, галактика (большие размеры)
атом, нейтрон (маленькие размеры)
процессы в двигателе внутреннего сгорания (очень быстрые)
геологические явления (очень медленные)
интересуют только некоторые свойства оригинала:
проверка краски для фюзеляжа самолета
управление ядерным реактором (Чернобыль, 1986)
испытание нового скафандра для космонавтов
разработка нового самолета или корабля
оригинал сложно исследовать непосредственно:
Солнечная система, галактика (большие размеры)
атом, нейтрон (маленькие размеры)
процессы в двигателе внутреннего сгорания (очень быстрые)
геологические явления (очень медленные)
интересуют только некоторые свойства оригинала:
проверка краски для фюзеляжа самолета
Слайд 11Цели моделирования
Познание действительности.
Проведение экспериментов.
Проектирование и управление…
Прогнозирование поведения О, Я, П.
Тренировка и
обучения специалистов.
Обработка информации.
Обработка информации.
Слайд 12Свойства моделей
Конечность: модель отображает оригинал лишь в конечном числе его отношений
и, кроме того, ресурсы моделирования конечны
Упрощенность: модель отображает только существенные стороны объекта
Приблизительность: действительность отображается моделью грубо или приблизительно
Адекватность: насколько успешно модель описывает моделируемую систему
Информативность: модель должна содержать достаточную информацию о системе - в рамках гипотез, принятых при построении модели
Потенциальность: предсказуемость модели и её свойств
Сложность: удобство её использования
Полнота: учтены все необходимые свойства
Адаптивность: совпадение существенных свойств модели и оригинала
Упрощенность: модель отображает только существенные стороны объекта
Приблизительность: действительность отображается моделью грубо или приблизительно
Адекватность: насколько успешно модель описывает моделируемую систему
Информативность: модель должна содержать достаточную информацию о системе - в рамках гипотез, принятых при построении модели
Потенциальность: предсказуемость модели и её свойств
Сложность: удобство её использования
Полнота: учтены все необходимые свойства
Адаптивность: совпадение существенных свойств модели и оригинала
Слайд 13Функции моделей:
онтологическое представление объекта как этапа познания реальности;
представление
объекта как системы моделей (предметов);
системное представление знаний об объекте, интеграция представлений об объекте;
задание метода видения реальности, процедур получения знаний и др.;
систематизация знаний – модель представляет логические связи, которые позволяют упорядочить знания;
объяснение механизма (природы) объектов или явлений; в учебном познании модель обеспечивает связность, гибкость, лаконичность, динамичность научного знания.
системное представление знаний об объекте, интеграция представлений об объекте;
задание метода видения реальности, процедур получения знаний и др.;
систематизация знаний – модель представляет логические связи, которые позволяют упорядочить знания;
объяснение механизма (природы) объектов или явлений; в учебном познании модель обеспечивает связность, гибкость, лаконичность, динамичность научного знания.
Слайд 14
Оригиналу может соответствовать
несколько разных моделей
и наоборот!
Тип модели определяется целями моделирования!
Модели самолетов и автомобилей, макеты зданий, мостов и др.
• описать внешний вид объекта для...;
• разработать техническое задание на ...;
• нарисовать эскиз ...;
• разработать технические чертежи ...;
• разработать алгоритм решения задачи ... .
Цель моделирования - понять и изучить качественную и количественную природу явления, отразить существенные для исследования черты явления (объекта, системы, процесса) в пригодной для использования в практической деятельности форме.
Источник
Слайд 15
Природа моделей
материальные (физические, предметные) модели:
информационные модели представляют собой
информацию о
свойствах и состоянии объекта,
процесса, явления, и его взаимосвязи с внешним миром:
вербальные – словесные или мысленные
знаковые – выраженные с помощью формального языка
графические (рисунки, схемы, карты, …)
табличные
математические (формулы)
логические (различные варианты выбора действий на основе анализа условий)
специальные (ноты, химические формулы)
вербальные – словесные или мысленные
знаковые – выраженные с помощью формального языка
графические (рисунки, схемы, карты, …)
табличные
математические (формулы)
логические (различные варианты выбора действий на основе анализа условий)
специальные (ноты, химические формулы)
Слайд 19
Модели по области применения
учебные (в т.ч. тренажеры)
опытные – при создании новых
технических средств
научно-технические
научно-технические
аэродинамическая труба
испытания в опытовом бассейне
имитатор солнечного излучения
вакуумная камера в Институте космических исследований
вибростенд
НПО «Энергия»
Слайд 22МОДЕЛИРОВАНИЕ НАТУРНОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ
Натурные модели
Кукла
Манекен
Скульптура
Производственный
робот
Свойства модели зависят от цели
моделирования. Модели одного и того же объекта будут разными, если они создаются для разных целей.
Информационные модели
Фотография
Видеофильм
Анкета
Медицинская
карточка
Слайд 23МОДЕЛИ
Материальные
Информационные
макеты зданий и сооружений;
модели самолетов и кораблей;
модель Земли
– глобус;
модель двигателя внутреннего сгорания;
модели молекул и кристаллических решеток;
анатомические муляжи человека и т.д.
модель двигателя внутреннего сгорания;
модели молекул и кристаллических решеток;
анатомические муляжи человека и т.д.
Образные модели:
рисунки, фотографии;
учебные плакаты
Знаковые модели:
различные тексты (например, программы на языке программирования);
различные формулы
Информационные модели:
таблицы (Менделеева);
блок-схемы;
генеалогическое дерево
Примеры
Слайд 24
Способы описания информационных моделей
(информационных структур).
Таблицы
Заголовки таблицы
кратко отражают
вид информации,
представленной в
столбце.
Строки в
таблице
описывают
однородные
объекты.
описывают
однородные
объекты.
Схемы
состоят из
графических
блоков с текстом
и линиями,
показывающими
связи между
ними.
Схемы наиболее
удобны для
описания
иерархической
структуры.
Граф-
графический
объект, состоящий из
вершин, соединённых
линиями (рёбрами).
a b c
1
2
Блок-схема-
одна из
специальных
разновидностей
графа.
Слайд 25
Способы представления логических моделей
Табличное построение
логических моделей
Построение
логических моделей
в виде графа.
Стаж
работы
Умение
работать
на ПК
Приём
на
работу
нет(0)
нет(0)
нет(0)
да (1)
нет(0)
да (1)
нет(0)
да (1)
нет(0)
нет(0)
нет(0)
да (1)
Слайд 28 Модели, описывающие объект или систему в определенный момент
времени, называются статическими информационными моделями.
В физике статические информационные модели описывают простые механизмы, в биологии – классификацию животного мира, в химии – строение молекулы .
Модели, описывающие процессы изменения и развития систем, называются динамическими информационными моделями.
В физике динамические информационные модели описывают движение тел, в химии – процессы прохождения химических реакций .
В физике статические информационные модели описывают простые механизмы, в биологии – классификацию животного мира, в химии – строение молекулы .
Модели, описывающие процессы изменения и развития систем, называются динамическими информационными моделями.
В физике динамические информационные модели описывают движение тел, в химии – процессы прохождения химических реакций .
Слайд 29
Модели по структуре
табличные модели (пары соответствия)
иерархические (многоуровневые) модели
сетевые модели (графы)
Вася
Слайд 30
Системный подход
Граф – это набор вершин и соединяющих их ребер.
1
2
3
4
5
вершина
ребро
23
18
20
15
14
5
вес ребра
(взвешенный граф)
Рюрик
Игорь
Святослав
Владимир
Ярополк
Олег
ориентированный граф (орграф) –ребра имеют направление
Слайд 31
Системный подход
Семантическая (смысловая) модель предложения:
«Выхожу один я на дорогу…»
выхожу
я
на дорогу
один
что делаю?
кто?
сколько?
куда?
граф
Слайд 33
Дискриптивные
(описательные
модели)
Детерминированные,
т. е. точные и
определённые.
Вероятностные
Стохастические
задачи
Неопределнные
задачи
Системы массового
обслуживания
Имитационное
моделирование
Математические модели
Оптимизационное
Слайд 34
Абстрактное моделирование
(компонентами абстрактной модели являются
понятия, а не физические элементы)
Концептуальная модель
–
модель, выявляющая
причинно-следственные связи
(понятийное моделирование).
модель, выявляющая
причинно-следственные связи
(понятийное моделирование).
Сенсуальная модель -
модели каких-то чувств,
эмоций, оказывающих
воздействия на чувства
человека (музыка, живопись,
поэзия)
Информационная
Модель - описывает
поведение объекта-
оригинала, но не
копирует его
Математическая
модель - модель,
представленная на
языке математических
отношений.
Слайд 35ФОРМАЛИЗАЦИЯ
ПРИВЕДЕНИЕ (СВЕДЕНИЕ, ПРЕДСТАВЛЕНИЕ) ИНФОРМАЦИИ, СВЯЗАННОЙ С ВЫДЕЛЕННЫМИ СВОЙСТВАМИ, К ВЫБРАННОЙ ФОРМЕ
ФОРМАЛИЗАЦИЯ
СЛОВЕСНОЕ
ОПИСАНИЕ
ТАБЛИЦА
РИСУНОК
СХЕМА,
ЧЕРТЕЖ
ФОРМУЛА,
АЛГОРИТМ
Слайд 36
исследование оригинала
изучение сущности объекта или явления
«Наука есть удовлетворение собственного любопытства за
казенный счет» (Л.А. Арцимович)
анализ («что будет, если …»)
научиться прогнозировать последствия различных воздействиях на оригинал
синтез («как сделать, чтобы …»)
научиться управлять оригиналом, оказывая на него воздействия
оптимизация («как сделать лучше»)
выбор наилучшего решения в заданных условиях
анализ («что будет, если …»)
научиться прогнозировать последствия различных воздействиях на оригинал
синтез («как сделать, чтобы …»)
научиться управлять оригиналом, оказывая на него воздействия
оптимизация («как сделать лучше»)
выбор наилучшего решения в заданных условиях
I. Постановка задачи
Слайд 37
I. Постановка задачи
Хорошо поставленная задача:
описаны все связи между исходными данными и
результатом
известны все исходные данные
решение существует
задача имеет единственное решение
Примеры плохо поставленных задач:
Винни Пух и Пятачок построили ловушку для слонопотама. Удастся ли его поймать?
Малыш и Карлсон решили по–братски разделить два орешка – большой и маленький. Как это сделать?
Найти максимальное значение функции y = x2 (нет решений).
Найти функцию, которая проходит через точки (0,1) и (1,0) (неединственное решение).
известны все исходные данные
решение существует
задача имеет единственное решение
Примеры плохо поставленных задач:
Винни Пух и Пятачок построили ловушку для слонопотама. Удастся ли его поймать?
Малыш и Карлсон решили по–братски разделить два орешка – большой и маленький. Как это сделать?
Найти максимальное значение функции y = x2 (нет решений).
Найти функцию, которая проходит через точки (0,1) и (1,0) (неединственное решение).
Слайд 38
II. Разработка модели
выбрать тип модели
определить существенные свойства оригинала,
которые нужно
включить в модель, отбросить
несущественные (для данной задачи)
построить формальную модель это модель, записанная на формальном языке (математика, логика, …) и отражающая только существенные свойства оригинала
разработать алгоритм работы модели алгоритм – это четко определенный порядок действий, которые нужно выполнить для решения задачи
построить формальную модель это модель, записанная на формальном языке (математика, логика, …) и отражающая только существенные свойства оригинала
разработать алгоритм работы модели алгоритм – это четко определенный порядок действий, которые нужно выполнить для решения задачи
Слайд 39
III. Тестирование модели
Тестирование – это проверка модели на простых исходных данных
с известным результатом.
Примеры:
устройство для сложения многозначных чисел – проверка на однозначных числах
модель движения корабля – если руль стоит ровно, курс не должен меняться; если руль повернуть влево, корабль должен идти вправо
модель накопления денег в банке – при ставке 0% сумма не должна изменяться
Примеры:
устройство для сложения многозначных чисел – проверка на однозначных числах
модель движения корабля – если руль стоит ровно, курс не должен меняться; если руль повернуть влево, корабль должен идти вправо
модель накопления денег в банке – при ставке 0% сумма не должна изменяться
Слайд 40
IV. Эксперимент c моделью
Эксперимент – это исследование модели в интересующих нас
условиях.
Пример:
модель движения корабля – исследование в условиях морского волнения
Пример:
модель движения корабля – исследование в условиях морского волнения
Слайд 41
V. Проверка практикой, анализ результатов
Возможные выводы:
задача решена, модель адекватна
необходимо изменить алгоритм
или условия моделирования
необходимо изменить модель (например, учесть дополнительные свойства)
необходимо изменить постановку задачи
необходимо изменить модель (например, учесть дополнительные свойства)
необходимо изменить постановку задачи
Слайд 42
Пример.
Задача. Обезьяна хочет сбить бананы на пальме. Как ей надо
кинуть кокос, чтобы попасть им в бананы.
Анализ задачи:
все ли исходные данные известны?
есть ли решение?
единственно ли решение?
Анализ задачи:
все ли исходные данные известны?
есть ли решение?
единственно ли решение?
Слайд 43
I. Постановка задачи
Допущения:
кокос и банан считаем материальными точками
расстояние до пальмы известно
рост
обезьяны известен
высота, на которой висит банан, известна
обезьяна бросает кокос с известной начальной скоростью
сопротивление воздуха не учитываем
При этих условиях требуется найти начальный угол, под которым надо бросить кокос.
высота, на которой висит банан, известна
обезьяна бросает кокос с известной начальной скоростью
сопротивление воздуха не учитываем
При этих условиях требуется найти начальный угол, под которым надо бросить кокос.
Слайд 44
II. Разработка модели
Графическая модель
h
Формальная (математическая) модель
Задача: найти t, α, при которых
Слайд 45
III. Тестирование модели
при нулевой скорости кокос падает вертикально вниз
при t=0 координаты
равны (0,h)
при броске вертикально вверх (α=90o) координата x не меняется
при некотором t координата y начинает уменьшаться (ветви параболы вниз)
при броске вертикально вверх (α=90o) координата x не меняется
при некотором t координата y начинает уменьшаться (ветви параболы вниз)
Математическая модель
Слайд 46
IV. Эксперимент
Метод I.
Меняем угол α. Для выбранного угла α строим траекторию
полета ореха. Если она проходит выше банана, уменьшаем угол, если ниже – увеличиваем.
Метод II.
Из первого равенства выражаем время полета:
Меняем угол α. Для выбранного угла α считаем t, а затем – значение y при этом t. Если оно больше H, уменьшаем угол, если меньше – увеличиваем.
Метод II.
Из первого равенства выражаем время полета:
Меняем угол α. Для выбранного угла α считаем t, а затем – значение y при этом t. Если оно больше H, уменьшаем угол, если меньше – увеличиваем.
не надо строить всю траекторию для каждого α
Слайд 47
V. Анализ результатов
Всегда ли обезьяна может сбить банан?
Что изменится, если обезьяна
может бросать кокос с разной силой (с разной начальной скоростью)?
Что изменится, если кокос и бананы не считать материальными точками?
Что изменится, если требуется учесть сопротивление воздуха?
Что изменится, если дерево качается?
Что изменится, если кокос и бананы не считать материальными точками?
Что изменится, если требуется учесть сопротивление воздуха?
Что изменится, если дерево качается?
