Metti i passaggi della simulazione al computer nell'ordine corretto. Struttura e fasi principali del processo di modellazione

La modellazione è un processo creativo. È molto difficile inserirlo in un quadro formale. Nella sua forma più generale, può essere presentato per fasi come segue.

io in scena. Formulazione del problema

Ogni volta che si risolve un problema specifico, tale schema può subire delle modifiche: alcuni blocchi possono essere rimossi o migliorati. Tutte le fasi sono determinate dal compito e dagli obiettivi della modellazione.

Nel senso più generale, un compito è inteso come un certo problema che deve essere risolto. La cosa principale è determinare l'oggetto della modellazione e capire quale dovrebbe essere il risultato.

A seconda della natura della formulazione, tutti i compiti possono essere suddivisi in due gruppi principali. Il primo gruppo include compiti in cui è necessario indagare su come cambiano le caratteristiche di un oggetto con un certo impatto su di esso. Una tale affermazione del problema è solitamente chiamata "cosa accadrà se ...". Il secondo gruppo di compiti ha la seguente formulazione generalizzata: quale impatto dovrebbe avere sull'oggetto. in modo che i suoi parametri soddisfino una determinata condizione? Questa affermazione del problema viene spesso definita "come farlo per...".

Gli obiettivi della modellazione sono determinati dai parametri di progettazione del modello. Molto spesso, questa è una ricerca di una risposta alla domanda posta nella formulazione del problema. Quindi procedere alla descrizione dell'oggetto o del processo. In questa fase vengono identificati i fattori da cui dipende il comportamento del modello. Durante la modellazione nei fogli di calcolo, possono essere presi in considerazione solo quei parametri che hanno caratteristiche quantitative. A volte il compito può essere già formulato in forma semplificata, e definisce chiaramente gli obiettivi e definisce i parametri del modello che devono essere presi in considerazione.

Quando si analizza un oggetto, è necessario rispondere alla seguente domanda: l'oggetto o il processo in esame può essere considerato come un tutto unico o è un sistema costituito da oggetti più semplici? Se si tratta di un tutto unico, allora si può procedere alla costruzione di un modello informativo, se il sistema - è necessario passare all'analisi degli oggetti che lo compongono, per determinare le relazioni tra di essi.

Gli obiettivi principali della modellazione:

Comprendere come è organizzato un particolare oggetto, la sua struttura, le proprietà, le leggi di sviluppo.

Impara a controllare l'oggetto in determinate condizioni.

Prevedi le conseguenze di un certo impatto su un oggetto.

II stadio. Sviluppo del modello

Sulla base dei risultati dell'analisi dell'oggetto, viene compilato un modello informativo. Descrive in dettaglio tutte le proprietà dell'oggetto, i suoi parametri, le azioni e le relazioni.

Inoltre, il modello informativo dovrebbe essere espresso in una delle forme dei segni. Considerando che lavoreremo in un ambiente di foglio elettronico, il modello informativo deve essere convertito in uno matematico. Sulla base delle informazioni e dei modelli matematici, viene compilato un modello informatico sotto forma di tabelle, in cui si distinguono tre aree di dati: dati iniziali, calcoli intermedi, risultati. I dati iniziali vengono inseriti "manualmente". I calcoli, sia intermedi che finali, vengono effettuati secondo formule registrate secondo le regole dei fogli di calcolo.

III stadio. esperimento al computer

Per dare vita a nuovi sviluppi progettuali, per introdurre nuove soluzioni tecniche in produzione o per testare nuove idee, è necessaria una sperimentazione. Nel recente passato, un tale esperimento poteva essere condotto sia in condizioni di laboratorio su strutture appositamente create per esso, sia in natura, ad es. su un campione reale del prodotto, sottoponendolo a tutti i tipi di test. Ciò richiede un sacco di soldi e tempo. Le simulazioni al computer sono venute in soccorso. Quando si esegue un esperimento al computer, viene verificata la correttezza dei modelli di costruzione. Il comportamento del modello è studiato per vari parametri dell'oggetto. Ogni esperimento è accompagnato da una comprensione dei risultati. Se i risultati di un esperimento al computer contraddicono il significato del problema da risolvere, allora l'errore deve essere ricercato in un modello scelto in modo errato o nell'algoritmo e nel metodo per risolverlo. Dopo aver identificato ed eliminato gli errori, l'esperimento al computer viene ripetuto.

IV stadio. Analisi dei risultati della simulazione.

La fase finale della modellazione è l'analisi del modello. Sulla base dei dati calcolati ottenuti, viene verificato in che misura i calcoli corrispondono ai nostri obiettivi di comprensione e modellazione. In questa fase vengono formulate raccomandazioni per migliorare il modello adottato e, se possibile, l'oggetto o il processo.

La modellazione di sistema (simulazione) deve la sua nascita al prof. Massachusetts Institute of Technology (USA) J. Forrester, che per primo applicò questo metodo per modellare la produzione e le attività economiche di un'impresa. Il metodo della dinamica del sistema ha guadagnato la massima popolarità all'inizio degli anni '70 dopo la comparsa dei lavori di J. Forrester e D. Meadows sulla modellazione globale nei progetti di sviluppo globale "Mir-2" e "Mir-3". L'accessibilità dell'approccio alla costruzione di modelli matematici, l'applicabilità delle idee di dinamica dei sistemi alla risoluzione di un'ampia gamma di problemi in ecologia, economia e demografia hanno contribuito all'introduzione diffusa della modellazione di simulazione in vari rami della conoscenza.

sistema di simulazioneè un insieme di modelli che simulano il fenomeno in esame, insieme a database, la capacità di visualizzare e analizzare i risultati ottenuti per il processo decisionale.

Uno dei fondatori nazionali della modellazione di sistema, l'accademico N.N. Moiseev ha osservato che l'imitazione è diventata uno dei mezzi più importanti per l'analisi del sistema. La simulazione è un buon esempio di combinazione di matematica e conoscenza di uno specialista (esperto) in una particolare area disciplinare. Una delle direzioni principali nella modellazione del sistema è la capacità di pianificare esperimenti con la macchina per risolvere i problemi assegnati. A tale scopo vengono creati modelli che imitano la realtà.

La modellazione di simulazione della dinamica del sistema consiste in una serie di fasi:

Formulazione dello scopo e dei compiti della modellazione;

Costruzione dello schema concettuale del modello;

formalizzazione del modello;

Implementazione software;

Identificazione dei parametri del modello;

Verifica del modello;

Previsione e processo decisionale.

La costruzione di un modello, di regola, ha un carattere iterativo, che implica un'interazione attiva tra specialisti in materia (biologi, ecologisti, geografi, ecc.) e matematici ("modellisti") nelle varie fasi della costruzione del modello. Consideriamo più in dettaglio le fasi della creazione di un modello.

Formulazione dello scopo e dei compiti della modellazione

Qualsiasi modellazione inizia con la formulazione del problema, la definizione dell'obiettivo generale dello studio. Quindi, dallo scopo generale dello studio, si passa all'elenco delle domande a cui è necessario rispondere nel processo di modellazione. Vari modelli possono essere usati per descrivere un fenomeno naturale (oggetto) (multivarianza della modellazione). Va ricordato che ogni modello è solo un'approssimazione con vari gradi di accuratezza o dettaglio dell'oggetto naturale in esame e, a questo proposito, le possibilità di modellazione sono limitate. Il compito del ricercatore è quello di scegliere il modello migliore in ogni caso particolare e la capacità di interpretare i risultati.

Uno dei punti importanti di questa fase è un'analisi significativa delle idee teoriche sull'oggetto modellato, l'esperienza esistente (anche negativa) nella costruzione di modelli simili o simili.

Il successo della modellazione, oltre agli studi teorici, è in gran parte determinato dalle possibilità di supporto informativo per i modelli di simulazione, poiché la mancanza di dati necessari per costruire un modello può vanificare tutti gli sforzi per crearlo. La modellizzazione geografica richiede informazioni dettagliate che tengano conto, se possibile, della diversità della struttura paesaggistica del territorio.

Costruzione dello schema concettuale del modello

La costruzione dello schema concettuale del modello prevede:

a) descrizione della struttura del modello;

b) selezione delle principali variabili del modello;

c) determinazione dei confini del sistema modellato;

d) determinazione dell'intervallo di previsione e della fase di modellazione;

e) determinazione dell'accuratezza della modellazione.

La descrizione della struttura del modello consiste nell'elencare tutti gli elementi (blocchi) del sistema che si sta modellando ei collegamenti tra di essi. Graficamente, il modello è rappresentato come grafico o diagramma di flusso.

La selezione delle principali variabili del modello è direttamente correlata alla definizione dei confini del sistema modellato. Quindi, nel modello, le variabili interne (endogene) ed esterne (ecogene) si distinguono a seconda dei confini scelti del sistema. Entro i confini, il sistema è considerato chiuso. La chiusura del sistema è un concetto relativo, che è determinato dalla specifica formulazione del problema da risolvere. Tra le variabili del modello vengono stabilite relazioni (reali, energetiche e informative).

Questa fase della modellazione è forse la più popolare tra geografi ed ecologisti. A volte questo tipo di modellazione è chiamato costruzione di un modello di equilibrio concettuale.

La strutturazione dei modelli grafici dovrebbe fornire la possibilità di costruire un modello segnico (algoritmico). È in questa fase che acquista particolare importanza l'interazione tra il “proprietario dell'oggetto” e il “modellista”.

La fase di simulazione è determinata dall'intervallo di simulazione. Se l'intervallo di modellazione è di decine di anni, il passaggio è impostato su 1 anno; se è in corso la creazione di una previsione stagionale, il passaggio di modellazione viene selezionato come 1 giorno. Si presume che il parametro modellato rimanga costante all'interno del passaggio.

Formalizzazione del modello

La formalizzazione del modello consiste nel determinare le dipendenze analitiche tra le variabili del modello. Qualsiasi modello, di regola, si basa sulla legge di conservazione della materia e dell'energia, che è scritta sotto forma di equazioni di bilancio, e le equazioni di bilancio possono essere rappresentate sia in forma algebrica che sotto forma di equazioni differenziali, comprese le equazioni nelle derivate parziali. Il sistema delle equazioni di equilibrio è integrato con una serie di dipendenze empiriche, di regola, in forma algebrica. Il sistema di equazioni è risolto con metodi matematici noti.

Obiettivi della lezione:

• Educativo:
  • aggiornare le conoscenze sulle principali tipologie di modelli;
  • studiare le fasi della modellazione;
  • sviluppare la capacità di trasferire la conoscenza in una nuova situazione.
  • consolidare le conoscenze acquisite nella pratica.
• Educativo:
  • sviluppo del pensiero logico, nonché capacità di evidenziare la cosa principale, confrontare, analizzare, generalizzare.
• Educativo:
  • coltivare la volontà e la perseveranza per raggiungere i risultati finali.

Tipo di lezione: imparare nuovo materiale.

Metodi di insegnamento: lezione frontale, esplicativa e illustrativa (presentazione), rilievo frontale, esercitazione, prova

Forme di lavoro: lavoro di gruppo, lavoro individuale.

Mezzi di educazione: materiale didattico, schermata dimostrativa, dispense.

DURANTE LE LEZIONI

I. Momento organizzativo

Preparazione per la lezione: saluto, verifica della disponibilità degli studenti al lavoro.

II. Preparazione per un'attività vigorosa nella fase principale della lezione

Annuncio del piano di lavoro per la lezione.

Aggiornamento delle conoscenze di base

Gli studenti rispondono alle domande del test sull'argomento "Tipi di modelli"

1. Determinare quali dei modelli elencati sono materiali e quali informativi. Specificare solo i numeri di modello del materiale.

A) Progettazione del layout per la produzione teatrale.
B) Schizzi di costumi per uno spettacolo teatrale.
C) Atlante geografico.
D) Modello volumetrico della molecola d'acqua.
E) Equazione di reazione chimica, ad esempio: CO 2 + 2NaOH = Na 2 CO 2 3 + H 2 O.
E) Modello dello scheletro umano.
G) La formula per determinare l'area di un quadrato di lato h: S \u003d h 2.
H) Orario dei treni.
I) Locomotiva a vapore giocattolo.
K) Mappa della metropolitana.
L) Il titolo del libro.

2. Per ciascun modello della prima colonna, determinare a quale tipo appartiene (seconda colonna):

3. Determinare quale aspetto dell'oggetto originale viene modellato negli esempi forniti.

4. Quale dei seguenti modelli è dinamico?

A) mappa della zona.
B) Caricatura amichevole.
C) Un programma che simula il movimento delle lancette del quadrante sullo schermo del display.
D) Il piano della composizione.
D) Grafico delle variazioni della temperatura dell'aria durante il giorno.

5. Quale dei seguenti modelli è formalizzato?

A) Schema a blocchi dell'algoritmo.
b) Ricetta di cucina.
C) Descrizione dell'aspetto di un eroe letterario.
D) Disegno di montaggio del prodotto.
D) La forma del libro in biblioteca.

6. Quale dei seguenti modelli è probabilistico?

A) previsioni del tempo.
B) Relazione sulle attività dell'impresa.
C) Schema di funzionamento del dispositivo.
D) Ipotesi scientifica.
D) Il titolo del libro.
E) Piano degli eventi dedicati al Giorno della Vittoria.

7. La tipologia del seguente modello è definita correttamente: “Il grafico della variazione giornaliera attesa della temperatura dell'aria è un modello dinamico formalizzato del comportamento di questo indicatore meteorologico, progettato per previsioni a breve termine”?

R) Sì.
B) No.

8. Quale delle affermazioni è vera?

A) La formula della reazione chimica è un modello informativo.
B) L'indice del libro è un modello probabilistico non formalizzato di registrazione del suo contenuto.
C) Un gas ideale in fisica è un modello immaginario che imita il comportamento di un gas reale.
D) Progetto casa - un modello probabilistico di riferimento grafico che descrive l'aspetto dell'oggetto.

9. Per ciascun modello, definirne il tipo in base al ruolo nella gestione dell'oggetto di modellazione.

Scheda con le risposte degli studenti alla prova "Tipi di modelli"

Cognome, nome, classe _________________________________

Fonte:Beshenkov SA, Rakitina EA Risoluzione di problemi tipici di modellazione. //Informatica a scuola: supplemento alla rivista "Informatica e istruzione", n. 1–2005. M.: Educazione e informatica, 2005. - 96 p.: ill.

IV. Imparare nuovo materiale

Discorso introduttivo dell'insegnante: "Continuiamo a lavorare sull'argomento "Modelli e simulazione". Oggi considereremo le fasi principali della modellazione.
Studio di nuovo materiale sull'argomento: "Le fasi principali della modellazione", utilizzando una presentazione ( allegato 1 ).

io in scena. Formulazione del problema

La fase di impostazione del compito è caratterizzata da tre punti principali: descrizione del compito, determinazione degli obiettivi di modellazione.

Descrizione del compito

Quando si descrive un'attività, viene creato un modello descrittivo utilizzando linguaggi naturali e disegni. Con l'ausilio di un modello descrittivo è possibile formulare le ipotesi principali utilizzando la condizione del problema.
A seconda della natura della formulazione, tutti i compiti possono essere suddivisi in due gruppi principali.
Per primo gruppo possiamo includere compiti in cui è necessario indagare su come le caratteristiche di un oggetto cambieranno con un certo impatto su di esso: "cosa accadrà se? ..". . Ad esempio, sarebbe dolce se mettessi due cucchiaini di zucchero nel tuo tè?
Secondo gruppo problema ha la seguente formulazione: quale effetto dovrebbe essere fatto sull'oggetto in modo che i suoi parametri soddisfino una determinata condizione? Questa affermazione del problema viene spesso definita "come farlo per? ..". Ad esempio, quanto dovrebbe essere grande un palloncino pieno di elio per farlo salire con un carico di 100 kg?
Terzo gruppo sono compiti complessi Un esempio di tale approccio integrato è la soluzione del problema di ottenere una soluzione chimica di una data concentrazione:

Un problema ben posto è quello in cui:

• sono descritte tutte le connessioni tra i dati iniziali e il risultato;
• tutti i dati iniziali sono noti;
• la soluzione esiste;
• il problema ha una soluzione unica.

Lo scopo della simulazione

La definizione dello scopo della modellazione consente di stabilire chiaramente quali dati di input sono importanti, quali non sono significativi e cosa si desidera ottenere come output.

Formalizzazione del compito

Per risolvere qualsiasi problema utilizzando un computer, è necessario enunciarlo in un linguaggio rigoroso e formalizzato, ad esempio utilizzando il linguaggio matematico delle formule algebriche, delle equazioni o delle disuguaglianze. Inoltre, in base all'obiettivo, è necessario selezionare i parametri che sono noti (dati di input) e che dovrebbero essere trovati (risultati), tenendo conto delle restrizioni sui valori consentiti di queste proprietà.
Tuttavia, non è sempre possibile trovare formule che esprimono il risultato in termini di dati originali. In questi casi, vengono utilizzati metodi matematici approssimativi per ottenere un risultato con una determinata precisione.

II stadio. Sviluppo del modello

Il modello informativo del problema consente di prendere una decisione sulla scelta dell'ambiente software e di presentare chiaramente l'algoritmo per costruire un modello informatico.

modello informativo

1. Seleziona il tipo di modello informativo;
2. Determinare le proprietà essenziali dell'originale da includere nel modello, scartare
   insignificante (per questo compito);
3. Per costruire un modello formalizzato si intende un modello scritto in un linguaggio formale (matematica, logica, ecc.) e che riflette solo le proprietà essenziali dell'originale;
4. Sviluppare un algoritmo per il modello. Un algoritmo è una sequenza ben definita di azioni che devono essere eseguite per risolvere un problema.

modello informatico

Un modello informatico è un modello implementato per mezzo di un ambiente software.
Il passo successivo è la trasformazione del modello informativo in un modello informatico, cioè esprimerlo in un linguaggio comprensibile al computer. Esistono vari modi per creare modelli di computer, tra cui:
– realizzazione di un modello informatico sotto forma di progetto in uno dei linguaggi di programmazione;
– costruire un modello al computer utilizzando fogli di calcolo, sistemi di disegno al computer o altre applicazioni. L'algoritmo per costruire un modello informatico, così come la forma della sua presentazione, dipende dalla scelta dell'ambiente software.

III stadio. esperimento al computer

Sperimentareè lo studio del modello nelle condizioni di nostro interesse.
Il primo punto di un esperimento al computer è testare un modello di computer.
Testè un test del modello su dati di input semplici con un risultato noto.
Per verificare la correttezza dell'algoritmo di costruzione del modello, viene utilizzato un set di test di dati iniziali, di cui si conosce in anticipo il risultato finale.
Ad esempio, se si utilizzano formule di calcolo nella modellazione, è necessario selezionare diverse opzioni per i dati iniziali e calcolarli "manualmente". Una volta creato il modello, si esegue il test con gli stessi dati di input e si confrontano i risultati della simulazione con i dati calcolati. Se i risultati corrispondono, l'algoritmo è corretto; in caso contrario, gli errori devono essere eliminati.
Se l'algoritmo del modello costruito è corretto, puoi procedere al secondo punto dell'esperimento al computer: condurre uno studio del modello al computer.
Quando si conduce una ricerca, se esiste un modello informatico sotto forma di progetto in uno dei linguaggi di programmazione, è necessario avviarlo per l'esecuzione, inserire i dati di input e ottenere i risultati.
Se il modello al computer viene esaminato, ad esempio, in fogli di calcolo, è possibile costruire un diagramma o un grafico.

IV stadio. Analisi dei risultati della simulazione

L'obiettivo finale della modellazione è l'analisi dei risultati ottenuti. Questa fase è decisiva - per continuare lo studio o per finire.
I risultati dei test e degli esperimenti servono come base per lo sviluppo di una soluzione. Se i risultati non corrispondono agli obiettivi dell'attività, significa che sono stati commessi errori o imprecisioni nelle fasi precedenti. Può trattarsi di un'affermazione errata del problema, di errori nelle formule o di una scelta non riuscita dell'ambiente di modellazione, ecc. Se vengono identificati errori, è necessario correggere il modello, ovvero tornare a una delle fasi precedenti. Il processo viene ripetuto fino a quando i risultati dell'esperimento soddisfano gli obiettivi della simulazione.

V. Consolidamento del materiale studiato

uno). Domande per la discussione nella lezione:

– Quali sono i due tipi principali di modellazione dell'impostazione dei problemi.
– Elenca gli obiettivi più noti della modellazione.
- Quali caratteristiche di un adolescente sono essenziali per una raccomandazione sulla scelta di una professione?
– Perché il computer è ampiamente utilizzato nella modellazione?
– Dai un nome agli strumenti di modellazione al computer che conosci.
Che cos'è un esperimento al computer? Dare un esempio.
Che cos'è il test del modello?
– Quali errori si verificano nel processo di modellazione? Cosa fare quando viene rilevato un errore?
– Qual è l'analisi dei risultati della simulazione? Quali conclusioni si traggono solitamente?

2) Un compito. Crea la scatola più grande con un pezzo quadrato di cartone.

VI. Riassumendo la lezione

Analizza il lavoro degli studenti, annuncia i voti per il lavoro nella lezione.

VII. Compito di autoapprendimento

Scrivi un breve riassunto della lezione e studia.

Fasi del processo di modellazione

In generale, il processo di modellazione si compone di diverse fasi:

1. Descrizione oggetto di simulazione. Per fare ciò si studia la struttura dei fenomeni che compongono il processo reale. Come risultato di questo studio, appare una descrizione significativa del processo, in cui è necessario presentare il più chiaramente possibile tutti i modelli necessari. Da questa descrizione segue messa in scena compito applicato. L'enunciazione del problema determina gli obiettivi della simulazione, l'elenco delle quantità richieste, l'accuratezza richiesta. Inoltre, l'affermazione potrebbe non avere una rigida formulazione matematica.

Una descrizione significativa serve come base per la costruzione schema formalizzato– un collegamento intermedio tra una descrizione significativa e un modello matematico. Non viene sviluppato sempre, ma quando, a causa della complessità del processo in esame, è impossibile un passaggio diretto da una descrizione significativa a un modello matematico. Anche la forma di presentazione del materiale dovrebbe essere verbale, ma dovrebbe esserci un'esatta formulazione matematica del problema di ricerca, caratteristiche del processo, sistema di parametri, dipendenze tra caratteristiche e parametri.

2. Selezione del modello, ben fissando le proprietà essenziali dell'originale e facilmente suscettibile di ricerca. La trasformazione di uno schema formalizzato in un modello matematico viene eseguita con metodi matematici senza l'afflusso di informazioni aggiuntive. In questa fase, tutte le relazioni sono scritte in forma analitica, condizioni logiche - sotto forma di disuguaglianze, tutte le informazioni vengono fornite in forma analitica, se possibile. Quando si costruisce una descrizione matematica, vengono utilizzate equazioni di vario tipo: algebriche (modi stazionari), equazioni differenziali ordinarie (oggetti non stazionari), equazioni alle derivate parziali vengono utilizzate per descrivere matematicamente la dinamica di oggetti con parametri distribuiti. Se il processo ha proprietà sia deterministiche che stocastiche, vengono utilizzate equazioni integro-differenziali).

3. Studio del modello. In questo caso, tutte le azioni vengono eseguite sul modello e mirano direttamente ad acquisire conoscenze su questo oggetto, a stabilire le leggi del suo sviluppo. Un importante vantaggio dello studio del modello è la capacità di ripetere molti fenomeni per differenti condizioni iniziali e con differenti pattern del loro cambiamento nel tempo.

4. Interpretazione dei risultati. In questa fase viene considerata la questione del trasferimento dei valori ottenuti sul modello matematico al reale oggetto di studio. Il ricercatore è interessato alle proprietà dell'oggetto, che viene sostituito dal modello. La possibilità di tale traduzione della conoscenza esiste per la presenza di una certa corrispondenza tra gli elementi e le relazioni del modello e gli elementi e le relazioni dell'originale. Questi collegamenti vengono stabiliti durante il processo di modellazione. Quando si utilizza un modello matematico, è necessario tenere presente la questione dell'accuratezza dei risultati: il grado di adeguatezza della descrizione dell'oggetto.

Il successo dell'applicazione della modellazione matematica dipende da quanto bene è stato costruito il modello, dall'adeguatezza, dal grado di conoscenza del modello e dalla comodità di operare con esso. L'uso dei computer nella modellazione matematica consente di studiare, in qualsiasi condizione, la variazione di parametri e indicatori di fattori esterni al fine di ottenere qualsiasi condizione, incl. e non realizzabile in esperimenti naturali. Ciò implica la possibilità di ottenere risposte a molte domande che sorgono nella fase di sviluppo e progettazione degli oggetti senza l'uso di altri metodi più complessi.

Fasi del processo di modellazione: concetto e tipi. Classificazione e caratteristiche della categoria "Fasi del processo di modellazione" 2017, 2018.

Argomento 2. Fasi principali della modellazione

Piano:

1. Formalizzazione
2. Passi di modellazione
3. Obiettivi della modellazione.

1. Formalizzazione

Prima di costruire un modello di un oggetto (fenomeno, processo), è necessario individuare gli elementi costitutivi di tale oggetto e le connessioni tra di essi (per condurre un'analisi del sistema) e “tradurre” (visualizzare) la struttura risultante in alcune predeterminate modulo - formalizzare le informazioni.

Formalizzazione - questo è il processo per evidenziare la struttura interna di un oggetto, fenomeno o processo e tradurla in una specifica struttura informativa- forma.

La modellazione di qualsiasi sistema è impossibile senza una formalizzazione preliminare. In effetti, la formalizzazione è il primo e molto importante passaggio nel processo di modellazione. I modelli riflettono l'essenziale negli oggetti, nei processi e nei fenomeni studiati, in base all'obiettivo della modellazione. Questa è la caratteristica principale e lo scopo principale dei modelli.

Esempio.È noto che la forza dei tremori viene solitamente misurata su una scala di dieci punti. Si tratta infatti del modello più semplice per valutare la forza di questo fenomeno naturale. Infatti, la relazione "più forte" che opera nel mondo reale è qui formalmente sostituita dalla relazione "maggiore", che ha senso nell'insieme dei numeri naturali: il terremoto più debole corrisponde al numero 1, il più forte - 10. Il risultante l'insieme ordinato di 10 numeri è un modello che fornisce la comprensione della forza dei terremoti.

2. Passi di modellazione

Prima di intraprendere qualsiasi lavoro, è necessario immaginare chiaramente il punto di partenza e ogni punto dell'attività, nonché le sue fasi approssimative. Lo stesso si può dire della modellazione. Il punto di partenza qui è il prototipo. Può essere un oggetto o un processo esistente o proiettato. La fase finale della modellazione consiste nel prendere una decisione basata sulla conoscenza dell'oggetto.

La catena si presenta così:

Esempi.

La modellazione durante la creazione di nuovi mezzi tecnici può essere considerata sull'esempio della storia dello sviluppo della tecnologia spaziale.

Per realizzare un volo spaziale, bisognava risolvere due problemi: superare la gravità terrestre e garantire l'avanzamento nello spazio senz'aria. Isaac Newton ha parlato della possibilità di superare la gravità terrestre nel 17° secolo. K. E. Tsiolkovsky ha proposto di creare un motore a reazione per il movimento nello spazio, che utilizza carburante da una miscela di ossigeno liquido e idrogeno, che rilascia energia significativa durante la combustione. Ha compilato un modello descrittivo abbastanza accurato del futuro veicolo spaziale interplanetario con disegni, calcoli e giustificazioni. Meno di mezzo secolo dopo, il modello descrittivo di K. E. Tsiolkovsky è diventato la base per la modellazione reale nell'ufficio di progettazione guidato da S. P. Korolev. Vari tipi di carburante liquido, a forma di razzo, sistemi di controllo del volo e di supporto vitale per cosmonauti, strumenti per la ricerca scientifica, ecc. sono stati testati in esperimenti sul campo stazioni spaziali.

Consideriamo un altro esempio. Famoso chimico del 18° secolo. Antoine Lavoisier, studiando il processo di combustione, fece numerosi esperimenti. Ha simulato processi di combustione con varie sostanze, che ha riscaldato e pesato prima e dopo l'esperimento. Allo stesso tempo, si è scoperto che alcune sostanze diventano più pesanti dopo il riscaldamento. Lavoisier ha suggerito di aggiungere qualcosa a queste sostanze durante il processo di riscaldamento. Quindi la modellizzazione e la successiva analisi dei risultati hanno portato alla definizione di una nuova sostanza - l'ossigeno, a una generalizzazione del concetto di "combustione", ha dato una spiegazione a molti fenomeni noti e ha aperto nuovi orizzonti per la ricerca in altri campi della scienza, in particolare in biologia, poiché l'ossigeno si è rivelato essere una delle componenti principali della respirazione e dello scambio energetico di animali e piante.

La modellazione è un processo creativo. È molto difficile inserirlo in un quadro formale. Nella forma più generale, può essere presentato per fasi, come mostrato nel diagramma:

Passi di modellazione

Quando si risolve un problema specifico, questo schema potrebbe subire alcune modifiche: alcuni blocchi verranno rimossi o migliorati, altri verranno aggiunti. Il contenuto delle fasi è determinato dal compito e dagli obiettivi della modellazione.

Consideriamo più in dettaglio le fasi principali della modellazione.

PalcoscenicoI. Enunciazione del problema

Un compito è un problema che deve essere risolto. Nella fase di impostazione dell'attività, è necessario:

1) descrivere il compito,

2) definire gli obiettivi della simulazione,

3) analizzare l'oggetto o il processo.

Descrizione del compito.

Il compito è formulato in un linguaggio ordinario e la descrizione dovrebbe essere comprensibile. La cosa principale qui è definire l'oggetto della modellazione e capire quale dovrebbe essere il risultato.