Файл: Моделирование в научных исследованиях стало использоваться еще в глубокой древности и постепенно захватывало все новые области научных знаний.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 12.12.2023
Просмотров: 107
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Классификация по признаку причинной обусловленности выполняется в зависимости от возможности или невозможности учета в рассматриваемой модели
одного или нескольких случайных факторов, при этом выделяют два вида моделей:
-
детерминированные – модели, в которых все воздействия и факторы определены и известны заранее; -
стохастические(вероятностные)– модели, в которых хотя бы один из факторов носит случайный характер.
По способу реализации информационные модели делятся на компьютерные и некомпьютерные. Компьютерная модель – модель, реализованная с помощью программных средств на компьютере. Программное обеспечение, средствами которого может осуществляться компьютерное моделирование, может быть как универсальным (например, текстовые или табличные процессоры), так и специализированным, предназначенным лишь для определенного вида моделирования.
1.5. Опыт лучших учителей при преподавании моделирования
Аникова Юлия Александровна, кандидат педагогических наук, педагог дополнительного образования МБУ ДО ЦДТТ «Юный автомобилист».
В сентябре 2018 года в Центре детского технического творчества «Юный автомобилист» под ее руководством впервые было создано творческое объединение «3D-моделирование».
Это направление интересно, перспективно, востребовано. В настоящее время в мире, да и в России, сложно найти ту отрасль экономики, где бы не использовались 3D технологии: промышленность, концептуальное моделирование, проектирование и разработки - 42%, архитектура и строительство - 18%, товары народного потребления – 14% , медицина и здравоохранение – 6% и т.д. И с каждым годом масштабность внедрения 3D-моделирование в разные отрасли экономики только увеличивается.
Возникает целый ряд нерешённых педагогических вопросов: Как организовать обучение 3D-моделированию в учреждении дополнительного образования? С какого возраста принимать детей в творческое объединение? Какое компьютерное программное обеспечение использовать для работы?
К настоящему времени накоплен определенный опыт преподавания 3D-моделирования на факультативах в школах и в дополнительном образовании.
Интересен опыт обучения младших школьников 3D – моделированию в программной среде Autodesk Tinkercad педагогами из Кемеровского государственного университета (Можаровыми)
Санкт-Петербургская педагогическая школа, в частности, Огановская Е.Ю., Гайсина С.В., Князева И.В. предлагают интегративный курс «Робототехника, 3D-моделирование и прототипирование в дополнительном образовании» (12 лет – Creo, 13 лет - Blender, 14 лет - Компас -3D).
Она обобщила педагогический опыт и разработала дополнительную образовательную общеразвивающую программу «3D-моделирование».
Цели:
-
Развитие у учащихся творческих способностей, пространственного воображения и объемного видения. -
Формирование геометро-графической системы знаний и практических умений. -
Освоение методов и алгоритмов создания трёхмерных моделей реальных и абстрактных объектов в современных системах 3D-моделирования.
Программа «3D-моделирование» рассчитана на один год, возраст учащихся – с 9лет. Программа рассчитана на 144 часа при 2-х часовом занятии два раза в неделю.
Программа содержит 5 разделов:
1 раздел «Приёмы графического оформления чертежей». Актуальность этого раздела очевидна, так как в настоящее время во многих школах России упразднили такой учебный предмет, как «Черчение». Я считаю, что это огромное упущение. Многие ребята на входном тестировании в творческое объединение показали слабые геометро-графические знания и умения. Многие вопросы и задания поставили детей в тупик.
Поэтому было принято решение начать с черчения в тетради и на формате А4. Изучали Государственные стандарты на составление и оформление чертежей ГОСТ 2.301-2.304, 2.307. Знакомились с понятия: единая система конструкторской документации, форматы, линии чертежа, масштаб, чертёжный шрифт, нанесение размеров. Правила оформления форматов, основная надпись. Аксонометрическая проекция, развёртка.
2 раздел «SketchUp - программа трёхмерной визуализации». На изучение этого раздела отводится 16 часов. За это время ребята изучают программу и выполняют 6 практических отдельных заданий:
Проектирование частного загородного дома.
Проектирование коттеджного посёлка.
Моделирование элементов интерьера. Создание стола, стула, табурета, дивана, кровати.
Моделирование тел вращения. Создание вазы, торшера, люстры.
Проектирование авторского брелка с 3D-надписью.
Индивидуальное задание «Мой мир» (например, проектирование комнаты моей мечты, завода будущего, капсульной башни, таможенного пункта и т.д.)
Реализация 3и 4 раздела программы стала возможна благодаря тому, что Центр детского технического творчества «Юный автомобилист» несколько лет назад вошел в программу «3D-образование» и имеет бесплатный доступ ко всеем лицензионным, обновлённым продуктам компании Autodesk. Юлия Александровна, руководитель творческого объединения, ещё в 2007 году прошла обучение по основным продуктам компании Autodesk в аккредитованном центре с правом преподавания этих программ в любой стране мира.
3 раздел «Autodesk AutoCAD» -программа 2D и 3D проектирования. Ребята изучают систему автоматизированного проектирования AutoCAD на протяжении 34 часов, совершенствуют геометро-графическую подготовку, создавая технические электронные 2D-чертежи.
4 раздел посвящается одной из самых востребованных в мире систем автоматизированного проектирования «Autodesk Inventor». На изучении этого раздела отводится 40 часов. Вот перечень некоторых практических работ:
Создание 3D-тел вращения: сфера, тор, цилиндр, конус.
Моделирование напольной вазы, шкатулки, архитектурной колонны.
Моделирование деталей с переменным сечением.
Проектирование гребного винта.
Проектирование болтового соединения.
Создание рабочего чертежа.
Заключительным разделом программы является «Творческий проект» - отводится 24 часа. Примером такого творческого проекта является «Велопарковка». Этот проект принимал участие в областном конкурсе технического творчества «Модель своими руками» в номинации «Благоустройство городской среды». В финале конкурса автор проекта получил диплом 3 степени.
Итог: изучены 3 востребованные компьютерные программы – значит, было интенсивно; 38 ученических проекта на стадии завершения – значит, было продуктивно, из 5 учебных групп никто из ребят не ушёл – значит, было интересно.
2.1. Построение моделей на примерах моделирования отношений «Хищник-жертва» в природном сообществе
Для исследования окружающей нас среды используют экологическое моделирование. Математические модели используют в тех случаях, когда нет естественной среды и нет естественных объектов, она помогает сделать прогноз влияния разных факторов на исследуемый объект. Данный метод берет на себя функции проверки, построения и интерпретацию полученных результатов. На основе таких форм экологическое моделирование занимается оценкой изменений, окружающей нас среды.
В настоящий момент подобные формы используется для изучения окружающей нас среды, а когда требуется изучить какую-либо из ее областей, то применяют математическое моделирование. Данная модель дает возможность спрогнозировать влияние тех или иных факторов на объект изучения. В свое время был предложен тип «хищник – жертва» такими учеными как: Т. Мальтусом (Malthus 1798, Мальтус 1905), Ферхюльстом (Verhulst 1838), Пирлом (Pearl 1927, 1930), а также А. Лотки (Lotka 1925, 1927) и В. Вольтерры (Volterra 1926).Эти модели воспроизводят периодический колебательный режим, возникающий в результате межвидовых взаимодействий в природе.
Одним из основных методов познания является моделировка. Помимо того, что в нем можно спрогнозировать изменения, происходящие в окружающей среде, к тому же помогает найти оптимальный способ решения проблемы. Уже давно в экологии используют математические модели, для того чтобы установить закономерности, тенденции развития популяций, помогают выделить суть наблюдений. Макет может служить образцом поведения, объекта.
При воссоздании объектов в математической биологии используются прогнозирования различных систем, предусматриваются специальные индивидуальности биосистем: внутренне строение особи, условия жизнеобеспечения, постоянство экологических систем, благодаря которым сберегается жизнедеятельность систем.
Появление компьютерного моделирования значительно раздвинуло рубеж способностей исследования. Возникло вероятность многосторонней реализации трудных форм, не допускающих аналитического изучения, появились новейшие направления, а еще имитационное моделирование.
Рассмотрим, что же такое объект моделирования. «Объектом является замкнутая среда обитания, где происходит взаимодействие двух биологических популяций: хищников и жертв. Процесс роста, вымирания и размножения происходит непосредственно на поверхности среды обитания. Питание жертв происходит за счет тех ресурсов, которые присутствуют в данной среде, а питание хищников происходит за счет жертв. При этом питательные ресурсы могут быть как возобновляемые, так и не возобновляемые.
В 1931 году Вито Вольтеррой были выведены следующие законы отношения хищник-жертва.
Закон периодического цикла – процесс уничтожения жертвы хищником нередко приводит к периодическим колебаниям численности популяций обоих видов, зависящим только от скорости роста плотоядных и растительноядных, и от исходного соотношения их численности.
Закон сохранения средних величин – средняя численность каждого вида постоянна, независимо от начального уровня, при условии, что специфические скорости увеличения численности популяций, а также эффективность хищничества постоянны.
Закон нарушения средних величин – при сокращении обоих видов пропорционально их числу, средняя численность популяции жертвы растет, а хищников – падает.
Модель хищник-жертва – это особая взаимосвязь хищника с жертвой, в результате которой выигрывают оба. Выживают наиболее здоровые и приспособленные особи к условиям среды обитания, т.е. все это происходит благодаря естественному отбору. В той среде где нет возможности для размножения, хищник рано или поздно уничтожит популяцию жертвы, в последствии чего вымрет и сам».
На земле существует множество живых организмов, которые при благоприятных условиях увеличивают численность сородичей до огромных масштабов. Такая способность называется: биотический потенциал вида, т.е. увеличение численности вида за определенный промежуток времени. Каждый вид имеет свой биотический потенциал, к примеру крупные виды организмов за год могут возрасти всего в 1,1 раза, в свою очередь организмы более мелких видов, таких как рачки и т.д. могут увеличить свой вид до 1030 раз, ну а бактерии еще в большем количестве. В любом из этих случаев популяция будет расти в геометрической прогрессии.
Экспоненциальным ростом численности называется геометрическая прогрессия роста численности популяции. Такую способность можно наблюдать в лаборатории у бактерий, дрожжей. В не лабораторных условиях экспоненциальный рост возможно увидеть на примере саранчи или же на примере других видов насекомых. Такой рост численности вида можно наблюдать в тех местах где у него практически нет врагов, а продуктов питания более чем достаточно. В конце концов увеличение вида, после того как численность возросла в течении непродолжительного времени, рост популяции начинал снижаться.
Рассмотрим компьютерную модель размножения млекопитающих на примере модели Лотки-Вольтерры. Пусть на некоторой территории обитают два вида животных: зайцы и волки. Математическая модель изменения численности популяций в модели Лотки-Вольтерры.
2.2. Решение задачи математического моделирования хищник-жертва в Excel
Цель