"Информатика. Учебное пособие для учреждений общего среднего образования с русским языком обучения", В. М. Котов, А. И. Лапо, Ю.А. Быкадоров, Е.Н. Войтехович
Моделирование помогает изучать объекты, процессы и явления, когда исследовать сам оригинал неудобно или нужно заранее оценить результат. Модель не копирует оригинал во всех деталях: в ней сохраняют свойства, важные для конкретной цели. Поэтому один объект можно представить планом, таблицей, схемой или макетом. Чтобы выводы по модели были полезны, нужно правильно выбрать её вид и учитывать её ограничения.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Модель — упрощённое представление объекта, процесса или явления, сохраняющее важные для выбранной цели свойства. Например, план кабинета показывает расположение парт, но не их цвет и материал. Понятие модели нужно, чтобы описывать и исследовать то, что нас интересует, не воспроизводя объект целиком.
Оригинал — реальный объект, процесс или явление, которое изучают или заменяют моделью. Оригиналом может быть как отдельная вещь, так и, например, движение автобуса по маршруту. Это понятие помогает отличать сам предмет исследования от его упрощённого представления.
Моделирование — создание и исследование модели для получения сведений об оригинале. Сначала решают, на какой вопрос нужно ответить, а затем выбирают подходящее представление и изучают его. Моделирование применяют, когда прямое исследование оригинала сложно, дорого, долго или небезопасно.
Информационная модель — описание объекта, процесса или явления с помощью информации: текста, схемы, таблицы, рисунка или формул. В отличие от макета, такое описание не обязательно имеет физическую форму самого объекта. Информационная модель нужна, чтобы хранить, передавать и анализировать сведения об оригинале.
Модель не копирует оригинал во всех подробностях, потому что для каждой задачи важна лишь часть его свойств. Если строить план кабинета, размеры и расположение парт нужны, а цвет стен может не иметь значения. Лишние детали усложнят модель и затруднят поиск ответа. Поэтому сначала формулируют цель, а затем решают, какие свойства действительно влияют на результат.
Выбор модели зависит от задачи: один и тот же объект можно представить разными способами. Для изучения внешнего вида здания подойдёт рисунок или макет, а для сравнения стоимости его строительства — таблица с данными о материалах и ценах. Причина в том, что разные представления делают заметными разные свойства. Удобная модель отвечает на поставленный вопрос, а не просто подробно описывает объект.
Модели делят на материальные и информационные по форме, в которой они существуют. Материальную модель можно увидеть или потрогать: это, например, макет моста или глобус. Информационная модель представлена сведениями и знаками — текстом, чертежом, таблицей или формулой. Такое различие помогает выбрать, с чем удобнее работать: с реальным уменьшенным объектом или с его описанием.
Общий ход моделирования начинается с определения цели и существенных свойств. Затем выбирают форму модели, создают её и исследуют, чтобы получить ответ на исходный вопрос. Такой порядок нужен, чтобы модель не оказалась слишком подробной или, наоборот, не содержала необходимых данных. Если во время работы выяснится, что сведений не хватает, модель уточняют.
Полученные при исследовании модели выводы переносят на оригинал не автоматически. Например, макет может показать, помещается ли мебель в комнате, но не всегда передаёт её вес и удобство использования. Чем точнее модель отражает свойства, важные для задачи, тем надёжнее вывод. Поэтому при переносе результата учитывают допущения и ограничения модели.
| Признак | Материальная модель | Информационная модель |
|---|---|---|
| В какой форме существует | Как реальный объект, который можно наблюдать или использовать | Как сведения и знаки: текст, схема, таблица, рисунок, формула |
| Что позволяет изучать | Форму, расположение, устройство и некоторые физические свойства | Связи, значения, порядок действий и другие описанные свойства |
| Примеры | Макет здания, глобус | План помещения, таблица, чертёж |
| Как связана с оригиналом | Воспроизводит его отдельные свойства в предметной форме | Описывает выбранные свойства с помощью информации |
Сравнивайте модели по строкам: сначала определите, в какой форме они существуют, затем — что именно помогают изучать. Примеры показывают, что один оригинал можно представить по-разному. Выбирайте не самый подробный вариант, а тот, который подходит для вашей цели.
Задача 1. Для изучения расположения парт в кабинете нужно представить помещение на листе. Требуется выбрать модель и решить, что на ней показать. Важно отобразить только то, что поможет оценить расположение.
Ответ: подойдёт план кабинета. На нём нужно указать помещение и объекты, важные для изучения их расположения.
Задача 2. Нужно сравнить время поездки по двум маршрутам. Следует определить, какие сведения включить в модель, чтобы сравнение было полезным. Данные, не влияющие на время в рамках выбранного расчёта, не нужны.
Ответ: нужны маршруты, их расстояния и скорость движения. При одинаковой скорости более короткий маршрут займёт меньше времени, но при разных скоростях необходимо учитывать особенности движения на каждом маршруте.
Задача 3. Нужно выяснить, как расстановка стеллажей в школьной библиотеке влияет на доступность книг и проходы. Модель должна помочь сравнить варианты расположения, а не просто воспроизвести все детали библиотеки. Поэтому сначала определим, какие свойства важны именно для этой цели.
Ответ: моделью может стать план или макет библиотеки. Выводы о проходах и доступности книг можно перенести на реальное помещение, если модель правильно передаёт размеры и расположение объектов.
Считать модель точной копией оригинала — значит ожидать от неё всех свойств настоящего объекта. Так думают, потому что слово «модель» иногда связывают с уменьшенной копией. Проверьте себя: спросите, какие именно свойства нужны для задачи и какие модель не передаёт.
Выбирать форму модели, не определив задачу, — значит рисковать получить неподходящее описание. Например, рисунок может показать внешний вид, но не помочь сравнить точные значения. Перед выбором сформулируйте вопрос и проверьте, можно ли с помощью этой формы на него ответить.
Включать все известные сведения об объекте не требуется: лишние детали затрудняют исследование и не улучшают ответ. Такая ошибка возникает из желания сделать модель как можно более полной. Проверьте каждое свойство: если оно не влияет на решение задачи, его можно не включать.
Безоговорочно переносить выводы с модели на оригинал нельзя, потому что модель может быть неточной или не учитывать важные условия. Ошибку допускают, когда забывают о принятых упрощениях. Чтобы проверить вывод, перечислите ограничения модели и выясните, не меняют ли они результат для оригинала.
Для моделирования нужны знания о свойствах и признаках объектов: именно они помогают выбрать, что описывать. Пригодится и умение представлять информацию текстом, таблицами, схемами и рисунками. Эти навыки позволяют создавать модели, которые легко читать и сравнивать.
Моделирование используют при изучении алгоритмов и программ, электронных таблиц, баз данных и компьютерных экспериментов. Например, программа может рассчитывать результат по выбранным данным, а электронная таблица — сравнивать несколько вариантов. Во всех таких случаях сначала задают цель и определяют, какие сведения понадобятся.
Чем модель отличается от оригинала?
Оригинал — сам объект, процесс или явление, а модель — его упрощённое представление. Она сохраняет только те свойства оригинала, которые нужны для выбранной задачи.
Почему для одного объекта можно создать несколько моделей?
Один объект обладает разными свойствами, и разные задачи требуют изучать разные из них. Например, план показывает расположение предметов, а таблица может описывать их размеры.
Как понять, какие свойства нужно включить в модель?
Сначала сформулируйте вопрос, на который должна ответить модель. Затем включите свойства, влияющие на ответ, а сведения, не помогающие решить задачу, можно не учитывать.
Чем информационная модель отличается от материальной?
Материальная модель существует как реальный объект, например макет здания. Информационная модель выражена сведениями и знаками: текстом, таблицей, схемой, рисунком или формулами.
Можно ли считать выводы, полученные при работе с моделью, точными для оригинала?
Не всегда: выводы зависят от того, насколько модель подходит для задачи и насколько точно она построена. Их переносят на оригинал с учётом принятых допущений и ограничений.
20.1. Моделирование
