Часть дипломной работы на тему Использование среды имитационного моделирования Anylogic в углублённом курсе информатики

Содержание:

Введение:

Моделирование является неотъемлемой стороной
человеческой деятельности, от живописи до математического моделирования сложных
систем и имеет многовековую историю. В целом моделирование – это общенаучный
метод изучения свойств объектов и процессов по их моделям, используемый в целях
познания, исследования, проектирования, принятия решений. В настоящее время
методы компьютерного моделирования прочно вошли в практику решения широкого
круга теоретических проблем и прикладных технических задач в различных сферах
практической деятельности. Компьютерное моделирование становится сегодня
обязательным этапом в принятии ответственных решений во всех областях
деятельности человека в связи с усложнением систем, в которых человек должен
действовать и которыми он должен управлять. Сущность компьютерного
моделирования состоит в построении модели, которая представляет собой некоторый
программный комплекс, алгоритмически описывающий развитие процесса или
поведение объекта.

Моделирование – метод исследования объекта познания (оригинала) путем его замещения
другим объектом – моделью. Моделирование применяется, когда проведение
экспериментов над реальной системой невозможно или нецелесообразно, например,
из-за высокой стоимости или длительности проведения эксперимента в реальном
масштабе времени. или для некоторой оптимизации продукта до его реализации.
Моделирование включает в себя отображение проблемы из реального мира в мир
моделей, анализ модели, нахождения решения, и отображение решения обратно в
реальный мир.

Имитационное моделирование (ситуационное
моделирование) – метод, позволяющий создавать модели, который описывают
процессы так, как они проходили бы в действительности. Чаще всего имитационная
модель является компьютерной программой, которая позволяет получать подробную
статистику о различных аспектах функционирования системы в зависимости от
входных данных путем постановки над ней экспериментов. Целью данного
моделирования в конечном счете является принятие обоснованных, целесообразных
управленческих решений. Знание принципов и возможностей имитационного
моделирования, умение создавать и применять модели являются необходимыми
требованиями к будущим профессиям инженера, менеджера или бизнес-аналитика.

Используя технологию имитационного моделирования исполнения
программы компьютером, формируется информационная культура учащихся, изучая учебный
материал содержательной линии «Алгоритмизация и программирование». В основе этой технологии лежит имитационное или имитационно-игровое
моделирование, т.е. воспроизведение
в условиях обучения с той или иной мерой адекватности процессов, происходящих в реальной системе.

Охватывая
информационно-кибернетические основы формирования научной картины мира
(мировоззренческая составляющая информационной культуры), процессы
формализации, моделирования и алгоритмизации, линии технологий и компьютерной
коммуникации, базовый курс информатики на основе современного кабинета
вычислительной техники (КВТ) позволяет осуществить давний научно-методический
замысел — ввести в содержание школьного обучения решение реальных прикладных
задач. Триада «информация — информационное моделирование — информационные
технологии» становится доминирующей идеей не только базового, но и
предпрофессионального образования в области информатики в средней школе.

Изучение моделирования и формализации позволяет решить одну из задач курса информатики
– формирование у учащихся системно– информационной картины мира, а основные
понятия этой содержательной линии, такие как объект, система, системный эффект,
системный анализ, модель, моделирование, формализация являются мощным
аналитическим инструментарием на современном этапе развития предметного курса
информатики. В результате изучения учащиеся должны понимать сущность информационного
моделирования и необходимость формализации моделировании, а также знать
основные понятия курса. Об информационных моделях организации данных и уметь
объяснять связи между элементами системы, выделять основное свойство системы,
отличать модель от объекта в конкретной ситуации, выбирать наиболее эффективный
способ хранения, представления и обработки данных с помощью компьютерной
технологии.

Исследования,
направленные на выявление общеобразовательного материала по программированию
для старшей школы, связывались в конечном итоге с педагогической задачей
формирования общеобразовательного предмета (раздела) по программированию для
последующего включения в учебный план массовой школы.

Моделирование
изучается с 7 класса. Создаются условия для осознанного использования учащимися
при изучении школьных дисциплин таких общепредметных понятий как
«объект», «система», «модель», «алгоритм», «исполнитель» и др. У учащихся формируются умения
организации собственной учебной деятельности, включающими: целеполагание как
постановку учебной задачи на основе соотнесения того, что уже известно, и того,
что требуется установить; планирование – определение последовательности
промежуточных целей с учетом конечного результата, разбиение задачи на
подзадачи, разработка последовательности и структуры
действий, необходимых для достижения цели при помощи фиксированного
набора средств; прогнозирование – предвосхищение результата; контроль –
интерпретация полученного результата, его соотнесение с имеющимися данными с
целью установления соответствия или несоответствия (обнаружения ошибки);
коррекция – внесение необходимых дополнений и корректив в план действий в
случае обнаружения ошибки; оценка – осознание учащимся того,
насколько качественно им решена учебно-познавательная задача. Приобретаются
навыки информационного моделирования как основного метода приобретения знаний:
умение преобразовывать объект из чувственной формы в
пространственно-графическую или знаково-символическую модель; умение строить
разнообразные информационные структуры для описания объектов; умение «читать»
таблицы, графики, диаграммы, схемы и т.д., самостоятельно перекодировать
информацию из одной знаковой системы в другую; умение выбирать форму
представления информации в зависимости от стоящей задачи, проверять
адекватность модели объекту и цели моделирования. Осваивается широкий спектр
умений и навыков: использования средств информационных и коммуникационных
технологий для сбора, хранения, преобразования и передачи различных видов
информации; овладения способами и методами освоения новых
инструментальных средств;

Актуальность темы обусловлена снижением значимости естественных
наук, и недостаточным раскрытием содержательной линии «Моделирование и
формализация» в школьном курсе информатики.

В ходе данной работы была проанализирована научно и
учебно –методическая литература, выделена суть имитационного моделирования в
учебном курсе информатики. Также выделены этапы информационного моделирования и
рассмотрены особенности программирования в среде AnyLogic в части динамических
модулей.

Заключение:

Фрагмент текста работы:

1
Теоретические основы использования сред имитационного моделирования в старшей
школе

1.1
Исторические
аспекты основ моделирования

Информатика
как учебный предмет была введена во все типы средних школ бывшего СССР с 1
сентября 1985 г. Новая учебная дисциплина получила название «Основы информатики
и вычислительной техники» (ОИВТ). В общеобразовательной школе предмет
преподавался в двух старших классах (тогда это были IX и X кл.).[6]

С самого начала становления информатики как
самостоятельной отрасли науки не было полного единодушия в ответе на вопрос,
что такое информатика. В том же сборнике
«Становление информатики» дано определение: «Информатика – комплексная научная
и инженерная дисциплина, изучающая все аспекты разработки, проектирования,
создания, оценки, функционирования машинизированных (основанных на ЭВМ) (выделено
нами. – М.В.В.) систем переработки информации, их применения и воздействия на
различные области социальной практики». В определении не только явно
подчеркивается связь самого возникновения информатики с развитием компьютерной
техники, но и то, что информатика – это следствие развития ЭВМ. По мнению М.П.
Лапчика, предмет информатики, как и кибернетики, образуется на основе широких
областей своих приложений, а объект – на основе общих закономерностей,
свойственных любым информационным процессам в природе и обществе. Информатика
изучает то общее, что свойственно всем многочисленным разновидностям конкретных
информационных процессов (технологий). Эти информационные процессы и технологии
и есть объект информатики.

Вместе
с тем, постепенное проникновение в учебный план общеобразовательной школы
сведений из области информатики началось значительно раньше, и начинался этот
процесс с опытов по изучению школьниками элементов программирования и
кибернетики. В этом примечательном периоде истории отечественного образования
выделяются несколько вполне фиксированных этапов, характеризующих важные
качественные накопления в системе школьного образования и обществе в целом. Эти
накопления (мировоззренческие, учебно-методические, организационные и многие
другие) и привели в середине 1980-х гг. к созданию условий, обеспечивших
формирование и введение в школу самостоятельного учебного предмета.

Впервые
в школьной моделированию тема моделирования знаний нашла отражение в учебнике,
где рассматриваются базы знаний, основанные на применении логической модели,
реализуемые на языке Пролог. В учебнике разговор о базах знаний ведется в
контексте знакомства с искусственным интеллектом — разделом современной
информатики.

В настоящее время информатика и информационные
технологии мощным потоком влились в нашу жизнь. Сложно назвать другую область
человеческой деятельности, которая стремительно развивалась и порождала такое
разнообразие проблем, как информатизация и компьютеризация общества. История  информационных технологий характеризуется
уникальным изменением концептуальных представлений, технических средств,
методов и сфер применения. В современном мире весьма актуальным для большинства
людей стало умение пользоваться информационными технологиями. Проникновение
компьютеров во все сферы жизни общества убеждает в том, что культура общения с
ПК становится частью общей культуры человека. И далеко не все понимают разницу
между простым «нажиманием клавиш» и целенаправленной работой на компьютере,
умением четко поставить задачу, и правильно подойдя к ее решению, используя
программные средства (наиболее
подходящие) прийти к ожидаемому результату.

Курс
информатики, введенный в школы в 1985 году, оставался практически неизменным в
течение 10 лет, хотя в конце 1980-х – начале 1990-х годов уже появились
школьные учебники других авторов, цели обучения моделированию в которых
значительно разнились. Учебник, написанный авторским коллективом под
руководством В.А. Каймина, ставил целью обучения моделированию решение
триединой задачи: формирование компьютерной грамотности, логического мышления и
информационной культуры школьников. Под компьютерной грамотностью понималось
«умение читать, писать, считать, рисовать, а также искать информацию, используя
для этого ЭВМ». Учебник группы авторов: Л.Г. Кушниренко, Г.В. Лебедева, Р.Л.
Свореня, основной целью обучения моделированию в общеобразовательной средней
школе провозглашал развитие операционного, то есть, алгоритмического мышления
учащихся. В этом учебнике главным понятием информатики являлись алгоритмы, а
основным видом учебной деятельности школьников – их составление и анализ.

Учебник
по ОИВТ был подготовлен большим коллективом авторов под руководством А.Г. Гейна
в 1993 году. Учебник имел прикладную направленность, формируя представление о
технологии решения практической задачи на ЭВМ следующим образом: постановка
задачи – построение ее математической модели – построение алгоритма –
составление программы для ЭВМ – получение результата решения задачи с помощью
моделирования. Школьники знакомились с математическими моделями, предтечами
компьютерных программ, таким образом, содержание курса школьной информатики с
начала 90-х годов начало меняться, а именно, в школе стали рассматриваться
вопросы моделирования, построения и изучения информационных моделей, темы
моделирования и формализации постепенно становятся неотъемлемым компонентом
всех общеобразовательных курсов информатики. Изучению различных аспектов
информационного моделирования посвящены многие работы конца ХХ, начала XXI
века: С.А. Бешенкова, М.Г. Бояршинова, А.Г. Гейна [7], И.Г. Захаровой, А.А.
Кузнецова, Е.К. Хеннера, А.П. Шестакова и др. Возросший интерес к данной теме
был обусловлен, с одной стороны, той ролью, которое информационное
моделирование стало играть в школьном обучении в целом, с другой стороны, тем,
что в содержании курса информатики происходил процесс «восстановления позиций»
кибернетики, довольно долго игнорируемой в советской науке. Информационное
моделирование в курсе информатики рассматривалось и рассматривается в трех аспектах:

 • во-первых, как инструмент познания, так как
в процессе построения и исследования информационной модели происходит получение
знаний о реальном объекте, для которого она строится и, кроме того,
приобретаются знания о языках моделирования, используемых для описания модели;

•
во-вторых, как средство обучения, так как процесс обучения в большинстве
случаев связан с использованием информационных моделей изучаемого объекта,
такими как словесное описание, графическое изображение, формульное
представление связей и закономерностей и др.;

 • в-третьих, как объект изучения, поскольку
любую информационную модель можно рассматриваться как самостоятельный объект с
присущими ему свойствами, связями и характеристиками.

Активное использование
информационных моделей как инструмента познания и как средства обучения
происходит в общеобразовательной школе во многих учебных предметах – математике
(графическое изображение пространственных фигур, формулы вычисления