Программа элективного курса Информационное моделирование
Программа элективного курса
Информационное моделирование
1.Пояснительная записка
Рабочая программа учебного курса «Информационное моделирование» предназначена для изучения в 10 классе (технологического профиля).
В ходе изучения будут расширены знания учащихся в различных предметных областях, что позволяет максимально реализовать межпредметные связи, послужит средством профессиональной ориентации и будет служить целям профилизации обучения на старшей ступени школы.
Актуальность. Известно, что системный анализ — это целенаправленная творческая деятельность человека, на основе которой обеспечивается представление объекта в виде системы. Процессы изучения и использования свойств системы становятся определяющими и решающими для успешной практической деятельности. Одним из современных инструментов системного анализа и синтеза систем является информационное (абстрактное) моделирование, проводимое на компьютере. Информационные модели могут имитировать существенные черты объектов-оригиналов и достаточно точно воспроизводить их поведение. Программа курса представляет интерес для учащихся физико-математического профиля, стремящихся овладеть современными компьютерными технологиями, а также глубоко понимать процессы и явления из различных предметных областей (математики, физики, биологии, экономики), систематизировать и исследовать их с помощью компьютерного моделирования.
Цель курса: дать более глубокое понимание моделирования как метода познания и познакомить учащихся с возможностью исследования с помощью компьютера информационных моделей из различных предметных областей.
Основные задачи курса состоят в:
освоении этапов моделирования;
знакомстве с технологией создания компьютерных моделей;
овладении умением исследовать объекты, процессы и явления из разных предметных областей с помощью компьютерного моделирования;
формировании умения проводить системный анализ процессов и явлений окружающей действительности;
освоении умения проводить компьютерный эксперимент со специфическими видами деятельности человека, связанными с моделированием процессов и явлений окружающей действительности.
Решение данных задач способствует:
выработке осознанных навыков в работе с компьютером и программными средствами;
формированию системного характера мышления школьников;
развитию навыков анализа и самоанализа;
воспитанию целеустремленности и результативности в процессе учебной деятельности.
Место курса в учебном плане
Данный учебный курс является элективным (обязательным курсом по выбору обучающихся). Программа курса рассчитана на 33 ч., которые проводятся в течение года по одному часу в неделю.
В основу обучения положены теоретические (лекции, беседа) и практические (практикум, эксперимент, индивидуальная работа) занятия, проводимые в классе, оснащенном современными персональными компьютерами. Одним из главных методов изучения материала является самостоятельное выполнение практических заданий на компьютере, проведение компьютерного эксперимента.
2. Содержание курса
Раздел, тема | Количество часов | Содержание |
Моделирование как метод познания. Классификация моделей. Виды моделей. | 2 | Моделирование как метод познания. Системный подход в моделировании. |
Компьютерное моделирование. СУБД | 31 | Модели материальные и модели информационные. Основные этапы разработки и исследования моделей на компьютере. Геометрические модели Словесные модели Математическая модель Структурные модели Логические модели Модели логических устройств: Логические схемы сумматора и триггера. Исследование физических моделей Приближенное решение уравнений в электронных таблицах. Вероятностные модели: Построение информационной модели с использованием метода Монте-Карло. Оптимизационное моделирование в экономике: Построение и исследование оптимизационной модели в электронных таблицах Информационные модели в электронных таблицах Microsoft Excel. Информационные модели управления объектами: СУБД |
итог | 33 |
|
3. Требования к уровню подготовки обучающихся
В результате изучения учебного курса «Информационное моделирование» обучающиеся должны:
знать
структуру информационных моделей;
методы формализации и алгоритмизации, возможности реализации моделей с использованием программно-технических средств;
технологию работы в той или иной компьютерной среде (Microsoft Office Word, Microsoft Office Excel, Microsoft Office Access);
уметь:
использовать методы визуального, имитационного и математического моделирования при разработке информационных систем;
применять на практике инструментальные средства моделирования;
составлять и проводить поэтапное моделирование, осуществлять компьютерный эксперимент;
самостоятельно моделировать с помощью компьютера реальные объекты, процессы и явления из различных предметных областей. Метод проверки – отработка задач на компьютере (компьютерный эксперимент).
По завершению курса «Информационное моделирование» учащиеся познакомятся с технологией компьютерного моделирования, научатся составлять и исследовать компьютерные модели, что в свою очередь будет способствовать их профессиональному самоопределению.
4. Учебно-тематический план
| Раздел, тема | Всего часов | В том числе на: | ||
| уроки | лабораторно-практические работы, экскурсии, и др. | контрольные работы | ||
1 | Моделирование как метод познания. Классификация моделей. Виды моделей. | 2 | 2 | - | - |
2 | Компьютерное моделирование. СУБД | 31 | 15 | 16 | - |
| Итого | 33 | 17 | 16 | - |
5. Календарно-тематическое планирование
№ урока | Календарные сроки | Тема урока | Всего часов | КР, Р/р | |
план | факт | ||||
1. | 06.09 | | Моделирование как метод познания. Виды информационных моделей. | 1 | |
2. | 13.09 | | Моделирование и формализация | 1 | |
3. | 20.09 | | Табличное решение логических задач. | 1 | 1 |
4. | 27.09 | | Решение логических задач в Excel | 1 | |
5. | 04.10 | | Объектно-информационные модели | 1 | 1 |
6. | 11.10 | | Объектно-информационные модели | 1 | |
7. | 18.10 | | Табличные информационные модели | 1 | |
8. | 25.10 | | Основные этапы моделирования на компьютере | 1 | |
9. | 08.11 | | Математическое моделирование | 1 | 1 |
10. | 15.11 | | Понятие математической модели. Этапы решения задачи на компьютере. | 1 | |
11. | 22.11 | | Математическое моделирование в среде электронных таблиц. | 1 | 1 |
12. | 29.11 | | Решение задач с использованием табличного процессора Microsoft Office Excel. | 1 | 1 |
13. | 06.12 | | Решение задач с использованием табличного процессора Microsoft Office Excel: графический метод | 1 | 1 |
14. | 13.12 | | Статистическое моделирование. | 1 | |
15. | 20.12 | | Моделирование случайных событий (вероятностное моделирование) | 1 | 1 |
16. | 27.12 | | Понятие вероятностной модели. Теория Игр | 1 | |
17. | 10.01 | | Моделирование случайных процессов. | 1 | 1 |
18. | 17.01 | | Вероятностные модели в электронных таблицах | 1 | |
19. | 24.01 | | Имитационное моделирование | 1 | |
20. | 31.01 | | Имитационное моделирование в электронных таблицах | 1 | 1 |
21. | 07.02 | | Моделирование в экономике | 1 | |
22. | 14.02 | | Моделирование в банковской сфере | 1 | 1 |
23. | 21.02 | | Оптимизационное моделирование в экономике. | 1 | |
24. | 07.03 | | Решение экономических задач с использованием табличного процессора Microsoft Office Excel. | 1 | 1 |
25. | 14.03 | | Моделирование транспортных задач | 1 | 1 |
26. | 21.03 | | Реализация моделей с использованием табличного процессора Microsoft Office Excel. | 1 | |
27 | 04.04 | | Понятие СУБД. | 1 | 1 |
28. | 11.04 | | Виды СУБД | 1 | 1 |
29. | 18.04 | | Хранение и поиск информации в базах данных. | 1 | |
30. | 25.04 | | Многотабличные базы данных | 1 | |
31. | 16.05 | | Реляционные базы данных. Однотабличные базы данных. | 1 | |
32. | 23.05 | | Построение табличных информационных моделей с использованием двух и более таблиц. | 1 | 1 |
33. | 30.05 | | Индивидуальная практическая работа | 1 | |
| | | Защита компьютерного проекта | | |
. | | | | | |
6.Средства контроля
Тесты. Контрольные работы. Отчеты по лабораторным и практическим работам. Защита итогового проекта.
Контрольно - измерительные материалы
Тест по теме «Моделирование и формализация»
1. Что называется атрибутом объекта?
Представление объекта реального мира с помощью некоторого набора его характеристик, существенных для решения данной информационной задачи.
Абстракция предметов реального мира, объединяемых общими характеристиками и поведением.
Связь между объектом и его характеристиками.
Каждая отдельная характеристика, общая для всех возможных экземпляров
2. Выбор вида модели зависит от:
Физической природы объекта.
Предназначения объекта.
Цели исследования объекта.
Информационной сущности объекта.
3. Что такое информационная модель объекта?
Материальный или мысленно представляемый объект, замещающий в процессе исследования исходный объект с сохранением наиболее существенных свойств, важных для данного исследования.
Формализованное описание объекта в виде текста на некотором языке кодирования, содержащем всю необходимую информацию об объекте.
Программное средство, реализующее математическую модель.
Описание атрибутов объектов, существенных для рассматриваемой задачи и связей между ними.
4. Укажите классификацию моделей в узком смысле слова:
Натурные, абстрактные, вербальные.
Абстрактные, математические, информационные.
Математические, компьютерные, информационные.
Вербальные, математические, информационные
5. Целью создания информационной модели является:
Обработка данных об объекте реального мира с учетом связи между объектами.
Усложнение модели, учитывая дополнительные факторы, которые были ранее проинформированы.
Исследование объектов, основанное на компьютерном экспериментировании с их математическими моделями.
Представление объекта в виде текста на некотором искусственном языке, доступном компьютерной обработке.
6. В основе информационного моделирования лежит:
Обозначение и наименование объекта.
Замена реального объекта соответствующей ему моделью.
Нахождение аналитического решения, которое дает информацию об исследуемом объекте.
Описание процессов возникновения, обработки и передачи информации в изучаемой системе объектов.
7. Формализация — это
Этап перехода от содержательного описания связей между выделенными признаками объекта к описанию, использующему некоторый язык кодирования.
Замена реального предмета знаком или совокупностью знаков.
Переход от нечетких задач, возникающих в реальной действительности, к формальным информационным моделям.
Выделение существенной информации об объекте.
8. Информационной технологией называется
Процесс, определяемый совокупностью средств и методов обработки, изготовления, изменения состояния, свойств, формы материала.
Изменение исходного состояния объекта.
Процесс, использующий совокупность средств и методов обработки и передачи первичной информации нового качества о состоянии объекта, процесса или явления.
Совокупность определенных действий, направленных на достижение поставленной цели.
9. Что называют имитационным моделированием?
Метод исследования, связанный с вычислительной техникой.
Современная технология исследования объектов.
Изучение физических явлений и процессов с помощью компьютерных моделей.
Реализация математической модели в виде программного средства.
10. Что такое компьютерная информационная модель?
Представление объекта в виде теста на некотором искусственном языке, доступном компьютерной обработке.
Совокупность информации, характеризующая свойства и состояние объекта, а также взаимосвязь с внешним миром.
Модель в мысленной или разговорной форме, реализованная на компьютере.
Метод исследования, связанный с вычислительной техникой.
11. Компьютерный эксперимент состоит из последовательности этапов:
Выбор численного метода - разработка алгоритма - исполнение программы на компьютере.
Построение математической модели - выбор численного метода - разработка алгоритма - исполнение программы на компьютере, анализ решения.
Разработка модели - разработка алгоритма - реализация алгоритма в виде программного средства.
Построение математической модели - разработка алгоритма - исполнение программы на компьютере, анализ решения.
Контрольная работа по теме «Моделирование и формализация»
Вариант №1.
1. Составьте ответ по теме «Модели и способы их составления», последовательно отвечая на вопросы.
Что такое модель объекта?
С какими моделями вы встречаетесь в повседневной жизни?
Что такое информационная модель?
Может ли один объект описываться с помощью различных информационных моделей? Если да, то чем они будут отличаться?
Составьте информационную модель объекта «автомобиль» с целью характеристики его для пассажиров. Как изменится эта модель, если цель — характеристика автомобиля как технического устройства?
Можно ли стратегическую компьютерную игру назвать игровой моделью? Если можно, то почему?
2. Составить математическую модель задачи:
Определить время встречи двух пешеходов, идущих на встречу друг другу.
Вариант №2.
1. Составьте ответ по теме «Классификация объектов», последовательно отвечая на вопросы.
Что такое классификация объектов? Для чего необходимо классифицировать объекты?
Приведите пример классификации объектов по общим свойствам.
Что такое принцип наследования?
Объясните на примере классификации объектов с общим названием “компьютерная программа”.
По каким признакам можно классифицировать модели?
По какому признаку модели делятся на статические и динамические?
2. Составить математическую модель задачи:
– Определите время, когда один пешеход догонит другого.
ОТВЕТЫ:
Вариант 1
1. Ответы на вопросы
1.1. Модель – это образ, изучающий некоторые существенные стороны объекта, явления или процесса
1.2. В повседневной жизни человек встречается с материальными и информационными моделями.
1.3. Информационные модели дают описание объектов на одном из языков кодирования (разговорном, графическом, научном и т.д.).
1.4. Один и тот же объект может иметь множество моделей, все зависит от того, какие свойства объекта подлежат изучению. Например, один и тот же объект человек в физике рассматривается как материальная точка, в биологии – как система, стремящаяся к самосохранению и т.д.
1.5. При составлении информационной модели автомобиля с целью описания удобств для пассажиров необходимо указать: грузовой это автомобиль или легковой, вместимость (сколько человек), сколько дверей, наличие и размер багажника, размер салона, обивка, форма, мягкость сидений, наличие кондиционера, музыки и т.д. Если характеризовать автомобиль, как техническое устройство, то указывается вес, размер, грузоподъемность, максимальная скорость, расход топлива и т.д.
1.6. Стратегическая компьютерная игра отображает информационные процессы, протекающие в жизни. Например, военные стратегии описывают устройства государственного строя в целом и его армии в частности, финансовые стратегии описывают различные экономические и социальные законы. Следовательно, стратегическую компьютерную игру можно рассматривать как информационную модель того информационного процесса, который она описывает.
2. Математическая модель задачи
Дано:
L – начальное расстояние
v1 – скорость первого пешехода
v2 – скорость второго пешехода
Результат: t – время движения
При: L, v1, v2 > 0
Связь:
L = s1 + s2
s1 = v1* t
s2 = v2* t
Метод: t = L / (v1+ v2 )
Вариант 2
1. Ответы на вопросы
1.1. Среди многообразия объектов окружающего миры мы стараемся выделить группы объектов, обладающих общими свойствами. Класс – это группа объектов, обладающая общими свойствами. Объекты, входящие в класс, называются экземплярами класса. Объекты одного класса отличаются друг от друга некоторыми особенными свойствами. Классификация – это распределение объектов на классы и подклассы на основании общих свойств.
1.2. Пример классификации по общим свойствам — объект литература по содержанию можно разделить на три больших класса: научная литература, художественная литература, публицистическая литература.
1.3. В иерархической структуре объекты распределены по уровням, где экземпляр нижнего уровня, называемый классом-потомком, и входит в состав экземпляра более высокого уровня, называемого классом-родителем. Важнейшим свойством классов является наследование – каждый класс-потомок наследует все свойства класса-родителя.
1.4. Любая компьютерная программа — это алгоритм, записанный на языке понятном компьютеру. Программы делятся на системные и прикладные. Они выполняют разные функции, но все написаны на языке, понятном компьютеру — это и есть свойство, наследуемое каждым классом-потомком (системными и прикладными программами) от класса родителя – компьютерной программы.
1.5. Модели можно классифицировать по любому существенному признаку.
1.6. Модели, описывающие систему в определенный момент времени, относятся к статистическим информационным моделям. Модели, описывающие процессы изменения и развития системы, относятся к динамическим информационным моделям.
2. Математическая модель задачи
Дано: t02 – время начала пути второго пешехода
v1 – скорость первого пешехода
v2 – скорость второго пешехода
Результат: t – время встречи пешеходов
При: t02 , v1, v2 > 0; v1< v2
Связь:
L1 = t * v1
L2 = (t - t02 )* v2
L1 = L2
Метод:
t * v1= (t - t02 )* v2
t * v1 - t * v2 = - t02 * v2
t = t02 * v2 / (v2 - v1 )
Контрольная работа (по вариантам)
Задача 1. Для изготовления трех видов изделий А, В и С используется токарное, фрезерное, сварочное и шлифовальное оборудование. Затраты времени на обработку одного изделия для каждого из типов оборудования указаны в табл. 1. В ней же указан общий фонд рабочего времени каждого из типов используемого оборудования, а также прибыль от реализации одного изделия каждого вида.
Таблица 1
Тип оборудования | Затраты времени | Общий фонд рабочего времени оборудования (часы) | |||
| А | В | С | ||
Фрезерное | 2 | 4 | 5 | 120 | |
Токарное | 1 | 8 | 6 | 280 | |
Сварочное | 7 | 4 | 5 | 240 | |
Шлифовальное | 4 | 6 | 7 | 360 | |
Прибыль (руб.) | 10 | 14 | 12 |
| |
Требуется определить, сколько изделий и какого вида следует изготовить предприятию, чтобы прибыль от их реализации была максимальной. Составить математическую модель задачи.
Задача 2:
Продукцией городского молочного завода являются молоко, кефир и сметана, расфасованные в бутылки. На производство 1 т молока, кефира и сметаны требуется соответственно 1010, 1010 и 9450 кг молока. При этом затраты рабочего времени при разливе 1 т молока и кефира составляют 0,18 и 0,19 машино-часов. На расфасовке 1 т сметаны заняты специальные автоматы в течение 3,25 часов. Всего для производства цельномолочной продукции завод может использовать 136000 кг молока. Основное оборудование может быть занято в течение 21,4 машино-часов, а автоматы по расфасовке сметаны – в течение 16,25 часов. Прибыль от реализации 1 т молока, кефира и сметаны соответственно равна 30, 22 и 136 руб. Завод должен ежедневно производить не менее 100 т молока, расфасованного в бутылки. На производство другой продукции не имеется никаких ограничений.
Требуется определить, какую продукцию и в каком количестве следует ежедневно изготовлять заводу, чтобы прибыль от ее реализации была максимальной. Составить математическую модель задачи.
Задача 3.
На швейной фабрике ткань может быть раскроена несколькими способами для изготовления нужных деталей швейных изделий. Пусть при j-м варианте раскроя 
100 м2 ткани изготовляется 
деталей i-го вида 
, а величина отходов при данном варианте раскроя равна 
м2. Зная, что деталей i-го вида следует изготовлять 
штук, требуется раскроить ткань так, чтобы было получено необходимое количество деталей каждого вида при минимальных общих отходах. Составить математическую модель задачи.
Контрольная работа
Тема: Транспортная задача
Цель работы – приобретение навыков построения математических моделей транспортных задач ЛП и решения их в Microsoft Excel.
Порядок выполнения работы
Согласно номеру своего варианта выберите условие задачи.
Постройте модель задачи, включая транспортную таблицу.
Найдите оптимальное решение задачи в Excel и продемонстрируйте его преподавателю.
Оформите отчет по лабораторной работе.
Варианты заданий
На складах хранится мука, которую необходимо завезти в хлебопекарни. Номера складов и номера хлебопекарен выбираются в соответствии с вариантами табл.1.1. Текущие тарифы перевозки муки [руб./т], ежемесячные запасы муки [т/мес.] на складах и потребности хлебопекарен в муке [т/мес.] указаны в табл.1.2.
При этом необходимо учитывать, что из-за ремонтных работ временно нет возможности перевозить муку с некоторых складов в некоторые хлебопекарни. В табл.1.1 это показано в графе «Запрет перевозки» в формате № склада x № хлебопекарни. Например, «2x3» обозначает, что нельзя перевозить муку со склада №2 в хлебопекарню №3.
Кроме того, необходимо учесть, что некоторые хлебопекарни имеют договоры на гарантированную поставку муки с определенных складов. В табл.1.1 это показано в графе «Гарантированная поставка» в формате № склада x № хлебопекарни объем поставки. Например, «1x4=40» обозначает, что между складом №1 и магазином №4 заключен договор на обязательную поставку 40 т муки.
Необходимо организовать поставки наилучшим образом, учитывая, что мука хранится и транспортируется в мешках весом по 50кг.
Таблица 1.1
Номера складов, хлебопекарен, запрещенные и гарантированные поставки | ||||
№ | № | № | Запрет перевозки | Гарантированная поставка, т/мес. |
1 | 1, 2, 3 | 1, 2, 3, 4 | 2x2, 3x4 | 3x3=50 |
2 | 2, 3, 4, 5 | 1, 2, 5 | 2x2, 3x5 | 3x2=40 |
3 | 1, 2, 4 | 1, 2, 3, 5 | 1x5, 2x3 | 4x3=45 |
4 | 1, 2, 3, 4 | 3, 4, 5 | 3x3, 4x5 | 3x5=40 |
5 | 1, 2, 5 | 2, 3, 4, 5 | 1x4, 5x3 | 1x5=60 |
6 | 1, 2, 3, 5 | 2, 3, 5 | 5x5, 2x2 | 3x5=30 |
7 | 2, 3, 4 | 2, 3, 4, 5 | 3x3, 2x5 | 4x3=45 |
8 | 1, 2, 3, 5 | 1, 2, 4 | 1x2, 5x4 | 3x2=20 |
9 | 2, 3, 5 | 1, 2, 3, 5 | 5x1, 3x5 | 5x2=30 |
10 | 2, 3, 4, 5 | 2, 3, 4 | 5x4, 3x2 | 4x3=35 |
Таблица 1.2
Запасы, потребности и тарифы перевозок | ||||||
Склады | Хлебопекарни | |||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | Запас, т/мес. | |
1 | 400 | 600 | 800 | 200 | 200 | 80 |
2 | 300 | 100 | 500 | 600 | 500 | 70 |
3 | 500 | 200 | 100 | 600 | 300 | 60 |
4 | 300 | 700 | 200 | 400 | 900 | 55 |
5 | 200 | 500 | 800 | 200 | 400 | 65 |
Спрос, т/мес. | 77,86 | 56,78 | 58,88 | 62,44 | 73,92 |
|
7.Материально-техническое обеспечение образовательного процесса
1.Интерактивная доска SMART |
2.Акустическая система SVEN |
3.Медиапроектор HITACHI |
4.Принтер Canon LBP6020 |
5.Моноблок учительский |
6.Доска магнитная маркерная (передвижная) |
7.Персональный компьютер – рабочее место ученика |
Учебные материалы:
Поляков К.Ю., Еремин Е.А. Информатика (базовый и углубленный уровни) (в 2 частях). 11 класс. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний,2019
Материалы авторской мастерской Полякова К.Ю. (metodist.lbz.ru/)
Компьютерный практикум в электронном виде с комплектом электронных учебных средств, размещённый на сайте авторского коллектива: http://kpolyakov.spb.ru/school/probook.htm
Материалы для подготовки к итоговой аттестации по информатике в форме ЕГЭ, размещённые на сайте http://kpolyakov.spb.ru/school/ege.htm
Методическое пособие для учителя: http://files.lbz.ru/pdf/mpPolyakov10-11fgos.pdf
Комплект Федеральных цифровых информационно-образовательных ресурсов (далее ФЦИОР), помещенный в коллекцию ФЦИОР (http://www.fcior.edu.ru)
Федотова, Е.Л., Информационные технологии в профессиональной деятельности: Учебное пособие / Е.Л. Федотова. - М.: ИД ФОРУМ: НИЦ ИНФРА-М, 2019. - 368 с.: ил.; 60x90 1/16. - (Профессиональное образование). (переплет) ISBN 978-5-8199-0349-0, 300 экз. http://znanium.com/bookread.php?book=484751
Балдин, К.В. Информационные системы в экономике : учеб. пособие / К.В. Балдин. – М. : ИНФРА-М, 2013. – 218 с. http://znanium.com/bookread.php?book=397677
Королев, А.Л. Компьютерное моделирование/ А.Л Королев, - М.: БИНОМ, 2019.-420с.
Орлова, И.В. Экономико-математические методы и модели: компьютерное моделирование. / И.В. Орлова – М.: учебник, ИНФРА, 2019.-329с.
