Урок 33
Моделирование, формализация, визуализация

§ 2.2. Моделирование, формализация, визуализация

Содержание урока

2.2.1. Моделирование как метод познания

2.2.2. Материальные и информационные модели

2.2.3. Формализация и визуализация информационных моделей

2.2.2. Материальные и информационные модели

Все модели можно разбить на два больших класса: материальные модели и информационные модели.

Материальные модели. Материальные модели позволяют представить в материальной наглядной форме объекты, недоступные для непосредственного исследования (очень большие или очень маленькие объекты, очень быстрые или очень медленные процессы и др.). Например, макеты зданий и сооружений позволяют архитекторам выбрать наилучшие градостроительные решения, модели самолетов и кораблей позволяют инженерам выбрать оптимальную форму этих транспортных средств.

Материальные модели часто ИСПОЛЬЗУЮТСЯ В процессе обучения.

Рис. 2.7. Материальная модель — глобус Земли

В курсе географии первые представления о нашей планете Земля мы получаем, изучая ее модель — глобус (рис. 2.7), в курсе физики изучаем работу двигателя внутреннего сгорания по его модели, в химии при изучении строения вещества используем модели молекул и кристаллических решеток, в биологии изучаем строение человека по анатомическим муляжам.

Информационные модели. Информационные модели представляют объекты и процессы в образной или знаковой форме, а также в форме таблиц, блок-схем, графов и т. д.

Образные модели (рисунки, фотографии и др.) представляют собой зрительные образы объектов, зафиксированные на каком-либо носителе информации (бумаге, фото- и кинопленке и др.). Широко используются образные информационные модели в обучении, где требуется классификация объектов по их внешним признакам (вспомните учебные плакаты по ботанике, биологии и физике).

Знаковые информационные модели строятся с использованием различных языков (знаковых систем). Знаковая информационная модель может быть представлена в форме текста (например, программы на языке программирования) или формулы (например, второго закона Ньютона F =та).

Широко распространены информационные модели в форме таблиц. В периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева (рис. 2.8) химические элементы располагаются в ячейках таблицы по возрастанию атомных весов, а в столбцах — по количеству валентных электронов. Важно, что по положению в таблице можно определить некоторые физические и химические свойства элементов.

Рис. 2.8. Информационная модель — таблица элементов Менделеева

При построении информационных моделей некоторых типов одновременно используются система графических элементов и знаковая система. Так, в блок-схемах алгоритмов используются различные геометрические фигуры для обозначения элементов алгоритма и формальный язык для записи команд программы (рис. 2.9).

Рис. 2.9. Информационная модель — блок-схема алгоритма

Важную роль играют информационные модели, которые отображают иерархические системы. В биологии весь животный мир рассматривается как иерархическая система (тип, класс, отряд, семейство, род, вид), в информатике используется иерархическая файловая система и т. д.

В иерархической информационной модели объекты распределяются по уровням, от первого (верхнего) уровня до нижнего (последнего) уровня. На первом уровне может располагаться только один элемент, который является вершиной иерархической структуры.

Основное отношение между уровнями состоит в том, что элемент более высокого уровня может состоять из нескольких элементов нижнего уровня, при этом каждый элемент нижнего уровня может входить в состав только одного элемента верхнего уровня.

Удобным способом наглядного представления иерархических информационных моделей являются графы. Элементы иерархической модели отображаются в графе овалами (вершинами графа).

Элементы верхнего уровня находятся в отношении «состоять из» к элементам более низкого уровня. Такая связь между элементами отображается в форме дуги графа (направленной линии в форме стрелки).

Графы, имеющие одну вершину верхнего уровня, напоминают деревья, которые растут сверху вниз, поэтому называются деревьями. Ветви дерева могут связывать объекты только соседних иерархических уровней, причем каждый объект нижнего уровня может быть связан ветвью только с одним объектом верхнего уровня.

Для описания исторического процесса смены поколений семьи используются информационные модели в форме генеалогического дерева. В качестве примера можно рассмотреть фрагмент генеалогического дерева династии Рюриковичей (рис. 2.10).

Рис. 2.10. Информационная модель — генеалогическое дерево Рюриковичей (X-XI века)

Контрольные вопросы

1. Приведите примеры материальных моделей.

2. Приведите примеры информационных моделей различных видов.

Задания для самостоятельного выполнения

2.1. Задание с развернутым ответом. Постройте фрагмент иерархической модели животного мира.

2.2. Задание с развернутым ответом. Постройте фрагмент модели генеалогического дерева вашей семьи.

Cкачать материалы урока