Информатика | Информатика курсында білімді моделдеу.

Бастапқыда модель деп анықталған жағдайда объектіні алмастыратын қандай да бір көмекші объект аталған. Сондықтан табиғат заңдарының әмбебаптығы, модельдеудің жалпылығы және біздің білімдерімізді модель түрінде бейнелеудің мүмкіндіктері сәйкессіз болды. Ұзақ уақыттар бойына «модель» түсінігі арнайы типтегі материалдық объектілерге ғана, мысалы манекен (адам денесінің моделі), плотинаның кішірейтілген гидродинамикалық моделі, кемелер мен самолеттердің, жануарлардың модельдері ретінде қалыптасты.
ХХ ғасырда модель түсінігі нақты және идеалдық модельдерді қатар қамтитын болып жалпыланды. Сондықтан, абстрактылы модель түсінігі математикалық модельдер шеңберінен шығып, әлем туралы білімдер мен танымдардың барлығына қатысты болды. Модель түсінігінің айналасындағы кең талқылаудың қазіргі кезде де жалғасып отырғандығын естен шығармау қажет. Бастапқыда ақпараттық, кибернетикалық бағыттардығы ғылыми пәндер аяасында, содан соң ғылымның басқа да салаларында түрлі тәсілдермен іске асырылатын модель ретінде танылады. Негізінде модель білімнің мәнін нақтылау тәсілі ретінде қарастырылады.
Модель (Model, simulator ) 1) қасиеттерді белгілі бір мағынадағы жүйенің немесе процестің қасиеттеріне ұқсас объектілер немесе процестер жүйесі; 2) сериялы бұйымдарды жаппай өндіруге арналған үлгі, эталон; кез-келген бір объекті жұмысы, мысалы, процессордың жұмыс істеуін модельдейтін программа немесе құрылғы. Ол материалдық объект түрінде, математикалық байланыстар жүйесі ретінде немесе құрылымды имитациялайтын порграмма күйінде құрастырылады да, қарастырылатын объектінің жұмыс істеуін зерттеу үшін қолданылады. Модельге қойылатын негізгі талап - оның қасиеттерінің негізгі объектіге сәйкес келуі, яғни барабарлығы.
Модельдер не үшін қажет?
Адамның практикалық, ғылыми қызметтерінде жұмыс істеуіне тура келетін объектілердің қандай да бір алмастырушысын құрады. Мұның табиғи көшірме – картина/скульптура; самалеттің ұшу қасиетін зерттеуге белгіленген макеті; қандай да бір бұйымның партиясын дайындауға арналған үлгісі болуы мүмкін.
Адамның оқып үйренетін объект туралы ақпараттық моделінің негізін құрайтын қажетті ақпараттарды жинақтауы қажет.
Практикалық есепті шешу тұрғысынан модельдерді пайдалану оқып үйренетін объектілерді модельдеудің мәнін, мазмұнын демонстациялауға мүмкіндік береді.
«Модель» термині көп мағыналы. Модель деп қандай да бір заттың кішірейтілген көшірмесін, математикалық формулаларды, бұрыштан горизонтқа лақтырылған дененің ұшу моднлін, іштен жану двигателі жұмысының моделін, бұйымдарды жинау моделін, құрамы бойынша сөйлем талдау моделін қандай да бір нәрсенің эталонын ( метр эталоны, килограмм эталоны) айтамыз.
Жалпы түрдегі «модель» түсінігі төмендегідей негізде анықталады.
Модель – модельдеу мақсаты тұрғысынан оқып үйренетін объектінің / құбылыстың кейбір жақтарын ұқсастырып бейнелейтін жаңа объект.
Модель – объектінің нақты жұмыс істеуіне сәйкестенетін анықталған параметрлер бойынша жұмыс істейтін физикалық/ақпараттық алмастырушысы.
Модельдеудегі ең бастысы модельдеуші объекті мен оның моделі арасындағы өзара ұқсас қатысы болып табылады.
Барлық модельдердің көпбейнелілігі негізінен үш топқа бөлінеді:
- материалдық (табиғи) модельдеуші объектінің сыртқы түрін, құрылымын (кристал торлардың модельдері, глобус), жағдайын (самолеттің радио басқарылымды моделі) бейнелейтін кішірейтілген/ұлғайтылған көшірмелері;
- бейнеленуші модельдер (геометриялық нүктелер, математикалық маятник, идеал газ, шексіздігі);
- ақпараттық модельдер – модельденуші объектінің ақпаратты кодтау тілдерінің бірінде жазылған сипаттамасы (сөздік сипаттау, схемалар, сызбалар, картиналар, суреттер, ғылыми формулалар, бағдарламалар).
Информатика курсында негізінен ақпараттық модельдер қарастырылады.
Модельдеудің жалпы схемасы.
Модель (фр. modele, ит. Modello, лат. modulus - өлшем, үлгі) – бұл:
- нақты объектінің қарапайымдандырылған ұқсасы;
- заттың кішірейтілген/ұлғайтылған түрдегі макеті;
- табиғат пен қоғамдағы қандай да бір процесстің/құбылыстың бейнесі, сипаттамасы және схемасы;
- жұмыс істеуі анықталған параметрлер бойынша нақты объектінің жұмыс істеуіне ұқсас физикалық/ақпараттық аналогы;
- анықталған шарттарда түпнұсқа объектінің бізді қызықтыратын қасиеттері мен сипаттамасын алмастыра алатын алмастырушы-объектісі;
- модельдеу мақсаты тұрғысынан оқып үйренетін объектінің /құбылыстың кейбір нақты жақтарын бейнелейтін жаңа объект
- Ақпараттық модель- модельденуші объектінің ақпаратты кодтау тілдердің бірінде сипатталуы.
Модельдеу- бұл
- нақты бар обектілердің(заттар, құбылыстар, процестер) модельдерін құру
- нақты объектіні қолайлы көшірмемен алмастыру
- таным объектілерін модельдері арқылы зерттеу
Модельдеу кез-келген мақсатқа бағытталған қызметтің ажырамас бөлігі.
Модельдеу танымның негізгі әдістерінің бірі.
Нақты қызметтердегі объект модельдері төменгі жағдайларға пайдаланылады .
-материалдық заттарды бейнелеу
- белгілі фактілерді түсіндіру
- болжамдар құру
- зерттелінетін объект туралы жаңа білімдер алу
- болжау
- басқару және т.с.с.
Модель түрлері.
Соңғы кездердегі ғылым мен ақпараттық технологиялардың қарыштай дамуы барлық дерлік ғылыми – зерттеу жұмыстарында зерттелетін объектіні модельдеу жұмыстарын өз деңгейінде жүргізуді талап етуде. Модельдер барлық жерде дерлік кездеседі. Олардың саны орасан зор. Олардың кейбірі ескіреді, ұмытылады, жоғалады.
Ақпараттарды модельдеу түрлерін таңдауда және құруда зерттеушінің маман ретінде танымы мен біліктілік деңгейі, эстетикалық талғамы көрінеді. Дұрыс таңдалған және өз дәрежесінде тиімді құрылған модель түрлерін зерттеу жұмыстары жеңілдетіп, объект туралы толығырақ мәлімет алуға септігін тигізеді.
Әрбір модель үшін оның кеңістіктегі «субъект-объект-нақтылық» орнын анықтауға болады.
Таным қарым-қатынастың ажырамас бөлігі, ал қарым-қатынас практикалық іс-әрекетпен қабаттаса жүреді.
Ақпараттық модель әрқайсысын бейнелеуге таңдалған бейнелу тілдерінің формалдылығын сипаттай алады. Әрбір ақпараттық модельді кеңістіктегі «субъект-объект-формалдау дәрежесі» нүктелеріне сәйкес қойып көруге болады.
Ақпараттық модельдерді сипаттау тілі бойынша мысалы, математикалық модельдер, кестелік модельдер сияқты мақсатты түрде клссификациялауға болады.
Модельдеу тілі – зерттеліп жатқан объектіні үлгілеу үшін қажетті бастапқы ақпарат берілетін жобалау тілі.
Сбъектінің практикалық қызметінің сферасы модельдеу объектісін басқару процесіндегі модельдің қатысына байланысты нақтылануы мүмкін. Бұл жағдайда модельдің келесі түрлері : тіркелуші, эталондық, болжамдық, оңтайланған, имитациялық деп бөлінеді.
Модельдеу құбылысының қосымша мүмкіндіктерін ашуға мүмкіндік беретін модельдер кластарының басқалай да бөліну түрлерін таңдауға болады.
Информатика курсындк компьютер көмегімен құруға, зерттеуге болатын модельдер қарастырылады. Компьютер көмегімен мәтіндер, графикалар, кестелер, диаграммалар сияқты көптеген объектілерді құруға, зерттеугк болады.
Бірақ бұл объектілердің басқа да орталардың көмегімен құруға, зерттеуге болады. Демек, компьютер көмегімен жасалатын жұмыстардың барлығын компьютерсіз де жасауға болады. Мұндағы негізгі мәселе жұмсалатын ресурстарға, уақытқа, пайдаланылатын технологияларға байланысты.
Компьютерлік модельдердің ақпараттық модельдерден сапалық айырмасы жоқ. Компьютерлік модельдеуді өзіндік ерекшеліктеріне орай ақпараттық модельдеудің ерекше түрі деп айтуға болады.
Компьютерлік модель- 1) таңдалынған программалық ортаға бейімделуге ақпарттық модельді ұсыну формасы; 2) программалық ортаның құралдары мен жасалынған модель.
Қазіргі кезде компьютерлік модель ретінде:
- өзара байланысты компьютерлік суреттердің, кестелердің, схемалардың, диаграммалардың, графиканың, анимациялық фрагменттердің, гипертекстердің көмегімен сипатталған объектінің шартты бейнесі айтылады. Бұл түрдегі компьютерлік модельдер құрылымдық-функционалдық деп аталады;
- түрлі факторлардағы объектіге әсер ету шарттарының функциялану процесін имтациялауды реттелген есептеулер мен графикалық бейнелеулер нәтижесін шығаруға мүмкіндік беретін жеке бағдарламалар комплекстері аталады.
Мұндай модельдер имитациялық компьютерлік модельдер деп аталады.
Компьютерлік модельдеудің мақсаты – экономикалық, әлеуметтік, ұйымдастырушылық/техникалық сипатта шешім дайындап, қабылдауға пайдаланылуы мүмкін мәліметтер алу.
Компьютерлік математикалық модельдеу информатика пәнімен технологиялық жағынан байланысады.



Сыртқы түр моделі
Құрылым моделі
Күй моделі
Танымдық
Коммуникативтік
Практикалық қызмет
сферасында туындайтын

заттық-энергетикалық
идеалдық
ақпараттық

тіркелуші
эталондық
болжамдық
имитациялық
статистикалық
динамикалық
детерминацияланған
ықтималды

формалданған
бөліктей формалданған
формалданбаған
Модельдер классификациясы.

Төменде келтірілген анықтамалар модельдер мен олардың айырмашылық ерекшеліктерін нақтылай түсінуге көмектеседі.
Табиғи модельдеу – модель мен модельдеуші объект өзара нақты объектілерді немесе бірдей/түрлі физикалық процестерінің табиғатын бейнелейтін моднльдеу.
Программалық модельдеу – 1) құрылғының немесе жүйенің іс-әрекетін программаның көмегімен модельдеу; 2) программалық жасақтаманың жұмысын модельдеу.
Ақпараттық модель – бұл объектінің қандай да бір тілдегі сипаттамасы. Модельдің абстракциялық компоненттері физикалық дене емес сигналдар мен белгілер болады. Түрлі белгілер жүйелерінде ақпараттық процестерді сипаттайтын белгілік модельдер класы.
Дескриптивтік моднль – объектінің қандай да бір тілде сөздік сипатталуы.
Математикалық модель:
- объект және объекті элементтерінің қасиеттеріне, параметрлеріне, сыртқы әсерлердің күйін сипаттауы мен анықталатын математикалық қатыстар (формулалар, теңсіздіктер, теңдеулер, логикалық қатыстар ) тілінде жазылған жиынтық;
- математикалық символдар көмегімен өрнектелген объектінің жуық сипаттамасы.
Математикалық модель – объектінің қызметі мен құрылымын сипаттайтын математикалық тәуелділіктер жүйесі, яғни математикалық формуоаоар мен теңдеулер арқылы өрнектелетін объектілердің математикалық сипаттамалары.
Математикалық модельдеу – процестер мен құбылыстарды олардың математикалық модельдерінде зерттеу әдісі. Тәжірибе жасауға мүмкіндік болмаған, қиын немесе қолайсыз жағдайларда ғана пайдаланылады. Жеке жағдайда аналитикалық модельдеу болып табылады.
Математикалық модельдер химия, биология, экология, гуманитарлық және әлеуметтік ғылым салалары үшін дәстүрлі модель түрі болып табылады.
Имитациялық алгоритмдік модельдеу – объектінің кездейсоқ факторлардың әсерін ескеретін, уақыт бойынша формалану процесімен құрылымын бейнелейтін алгоритм формасындағы сипаттамалық мазмұны.
Гноселогиялық модельдер – табиғаттың объективті заңдарын оқып үйренуге бағытталған (Күн жүйесі моделі, биосфераның дамуы т.с.с.)
Концептуалдық модель – зерттелетін объектіге және анықталған зерттеу шеңберіне қатысты себеп - салдарлық байланыстар мен заңдылықтарды айқындауды сипаттайды.
Сенсуалдық модельдер – адам сезіміне ықпал ететін сенімсіздік, эмоциялық (музыка, поэзия) модельдер.
Аналогтық модельдер - өзін нақты объект ретінде іс атқаратын, бірақ дәл сондай бейнеде көрінбейтін объект аналогы.

Ақпараттық модельдеу тәсілдері.
Информатиканың мамандыққа баулу курстарының бірі – «модельдеу». Қазіргі информатиканы оқыту әдістерінде ақпараттық технологиялар, алгоритмдеу және программалау мәселелері терең,жан-жақты зерттелуде, ал модель, модельдеу процесіне назар аударылмай отыр.
Модель - жасанды құрылған объект. Ол схема, сызба, математикалық таңбалар, физикалық формулалар және т.б түрінде беріледі. Қазіргі кезде неғұрлым кең таралған қарапайым модельдерге: графикалық модель, сөздік модель, математикалық модель, информациялық модель, аналитикалық модель, стохастикалық модель, көрнекі модель, т.с.с.
Модель құру процесі модельдеу деп аталады. Модельдеу - зерттелетін объектінің қасиеттерін, өзара байланысын және арақатынасын аналогиялық түрде сипаттау. Қазіргі кезде модельдеудің көптеген түрі белгілі. Мысалы, детерминдік модельдеу – табиғатта және қоғамда кездесетін оқиғаларды, құбылыстарды, оның ішінде адамның еркі мен мінезінің өзара байланысының себептерінің заңдылықтарын зерттейді; динамикалық модельдеу – неғұрлым күрделі математикалық теңдеулерді қарастырады, дискретті және үздіксіз процестерді сипаттайды.
Жалпы жағдайда модельдеу нақты және абстрактылы болып бөлінеді. «Абстрактылы модельдеу» ұғымы әдістемелік әдебиеттерде «ақпараттық модельдеу» ұғымына балама түрде қолданылады. Информациялық модельдеу объектілер мен процестерді модельдеу және білімді модельдеу болып бөлінеді. Объектілер мен процестерді модельдеу кескіндеу, сипаттау, бейнелеу жағдайында болады. Оған жоғарыда айтылған графикалық, математикалық, т.б. модельдер мысал болады. Ал, білімді модельдеу мәселесінде жасанды интеллект ұғымы ізделінеді сипатқа ие болады. Мұндай модельдеу түріне эксперттік жүйелер, берілгендер қоры, компьютер-атқарушы, бастапқы модельдеу, информацияны тарату жүйелері, т.б. жатады. Демек, қолданылу саласы бойынша:
- дәстүрлі математикалық модельдеу;
- процестер мен құбылыстарды визуальды модельдеу;
- арнайы қолданбалы технологиялармен компьютерлік технологиялар арқылы жасақталған «жоғары» технологиялар арқылы модельдеу, т.б. болып бөлінеді.
Информациялық модельдеудің кең таралған түрлерінің бірі – ақпаратты кесте түрінде бейнелеу. Мысалы, екілік матрица берілген. Бұл матрица компьютерлік желідегі бірнеше серверлердің өзара байланысын сипаттайды. Осы матрица бойынша көрсетілген 5 сервердің қайсысының түйінді сервер болатынын анықтау керек.
Шешуі: Есеп шарты бойынша түйінді сервер басқа барлық серверлермен өзара байланыста болуы қажет. Демек, оқушылар матрицадан 0-дік элементі жоқ қатарды таңдауы қажет.Бұл қатар С4 қатары. Олай болса, С4 – түйінді сервер болып табылады. Оның моделін 2- кесте түрінде бейнелеп көрсетуге болады.
С1 С2 С3 С4 С5
С1 1 0 0 1 0
С2 0 1 0 1 0
С3 0 0 1 1 0
С4 1 1 1 1 1
С5 0 0 0 1 1

1-кесте
Ақпараттық модельдеу негізінен информатиканың қолданбалы бөлігін сипаттайды. Ақпараттың үлкен көлемімен тиімді жұмыс істеу жүйелі ойлауға десек, негізгі мақсат – оқушылардың жүйелі ойлауын дамыту. Мұндай модельдеуде қолданылатын әдістемелік тәсілдердің бірі – жүйелік тәсіл.Бұл тәсіл модельдеу объектісін жүйе ретінде қарастырады.Барлық жүйенің маңызды сипаттамасы оның құрылымы болып табылады. Құрылымның жалпы түрін 3-кесте түрінде көрсетуге болады.
Сонымен, информатика пәнінің мұғалімі «Модельдеу» тақырыбын өту барысында ақпараттық модельдерді пайдалана алуы және оларды өңдей алуы қажет.
Табиғи тілдерді ақпараттық моделдеуде қолдану ерекшеліктері.
Ақпараттық моделдерді құру барысында таным, қарым-қатынас пен практикалық іс-әрекеттердің нәтижелері қолданылады.
Ақпаратты моделдеудің кең тараған түрі – бұл табиғи тілде сөздік сипаттау болып табылады. Мұндай сипаттау көп жағдайда мәтін деп аталады.
Кітап мәтіні, түсіндірме мәтін, есеп тапсырмасы – бұлар тілдің элементар белгілерінен құралған тілдік конструкциялар. Бірақ барлық дерлік белгіле мәтін деп айтуға келмейді.
Мәліметтерді еркін формада мәтін түрінде дайындау ұзақ уақытты қажет етеді. Бұл жағдайда мәлімет дайындаушыданәдеби көркем тіл меноды қысқа әрі нұсқа етіп әзірлеу қабілеті үлкен рөл атқарады.
Іс қағаздарын жүргізуде қарапайым мәтін мазмұнын енгізудің бекітілген стандартты ережелері мен формалары қатаң сақталады. Ақпаратты моделдеудің бұл түрі мітіндік ақпаратты формалдауға мысал бола алады.
Мәліметтерді арнайы формада даярлаудың төмендегідей тиімділіктері бар:
- мәліметті қабылдаушыға нақты қажет ақпаратты теріп алуға мүмкіндік береді;
- мәліметті қабылдаушы статистикалық мәліметтерді тез өңдеуге мүмкіндік алады;
- қажетті сандық және сапалық талдау мәліметтері тез әзірленеді.
Ақпаратты кодтау тілдерін келесі схемамен бейнелеуге болады: ....