Что называют моделью в технологии
Моделирование
Модели́рование — исследование объектов познания на их моделях; построение и изучение моделей реально существующих объектов, процессов или явлений с целью получения объяснений этих явлений, а также для предсказания явлений, интересующих исследователя.
Содержание
Виды моделирования
В силу многозначности понятия «модель» в науке и технике не существует единой классификации видов моделирования: классификацию можно проводить по характеру моделей, по характеру моделируемых объектов, по сферам приложения моделирования (в технике, физических науках, кибернетике и т. д.). Например, можно выделить следующие виды моделирования:
Процесс моделирования
Процесс моделирования включает три элемента:
Первый этап построения модели предполагает наличие некоторых знаний об объекте-оригинале. Познавательные возможности модели обусловливаются тем, что модель отображает (воспроизводит, имитирует) какие-либо существенные черты объекта-оригинала. Вопрос о необходимой и достаточной мере сходства оригинала и модели требует конкретного анализа. Очевидно, модель утрачивает свой смысл как в случае тождества с оригиналом (тогда она перестает быть моделью), так и в случае чрезмерного во всех существенных отношениях отличия от оригинала. Таким образом, изучение одних сторон моделируемого объекта осуществляется ценой отказа от исследования других сторон. Поэтому любая модель замещает оригинал лишь в строго ограниченном смысле. Из этого следует, что для одного объекта может быть построено несколько «специализированных» моделей, концентрирующих внимание на определенных сторонах исследуемого объекта или же характеризующих объект с разной степенью детализации.
На втором этапе модель выступает как самостоятельный объект исследования. Одной из форм такого исследования является проведение «модельных» экспериментов, при которых сознательно изменяются условия функционирования модели и систематизируются данные о её «поведении». Конечным результатом этого этапа является множество (совокупность) знаний о модели.
На третьем этапе осуществляется перенос знаний с модели на оригинал — формирование множества знаний. Одновременно происходит переход с «языка» модели на «язык» оригинала. Процесс переноса знаний проводится по определенным правилам. Знания о модели должны быть скорректированы с учетом тех свойств объекта-оригинала, которые не нашли отражения или были изменены при построении модели.
Четвёртый этап — практическая проверка получаемых с помощью моделей знаний и их использование для построения обобщающей теории объекта, его преобразования или управления им.
Моделирование — циклический процесс. Это означает, что за первым четырёхэтапным циклом может последовать второй, третий и т. д. При этом знания об исследуемом объекте расширяются и уточняются, а исходная модель постепенно совершенствуется. Недостатки, обнаруженные после первого цикла моделирования, обусловленные малым знанием объекта или ошибками в построении модели, можно исправить в последующих циклах.
Сейчас трудно указать область человеческой деятельности, где не применялось бы моделирование. Разработаны, например, модели производства автомобилей, выращивания пшеницы, функционирования отдельных органов человека, жизнедеятельности Азовского моря, последствий атомной войны. В перспективе для каждой системы могут быть созданы свои модели, перед реализацией каждого технического или организационного проекта должно проводиться моделирование.
Математическое моделирование исторической динамики
Модели и моделирование
Презентация к уроку
– сформировать понятие “модель”, изучить основные виды моделей и их назначение.
– познакомить учащихся с основными понятиями по данной теме;
– показать существование множества моделей одного и того же объекта;
– определить роль моделей в деятельности человека.
– развивать у учащихся умения сопоставлять, анализировать, выделять главное, существенное, обобщать, формулировать выводы;
– развивать у учащихся познавательный интерес и творческие способности.
– формировать коммуникативные компетенции учащихся через работу в группах, воспитания уважения друг к другу, умения слушать;
– воспитание информационной культуры.
Изучив тему урока, учащиеся должны:
– знать основные понятия: модель, объект моделирования, субъект моделирования, моделирование, основные виды моделей (материальные и информационные);
– знать о существовании множества моделей для одного и того же объекта;
– приводить примеры моделирования.
Возраст учащихся: IX класс.
Место урока в учебном плане: данный урок является первым при изучении темы “Моделирование и формализация”.
Форма проведения урока: беседа, работа в группах.
– компьютер;
– мультимедийный проектор;
– экран;
– презентация, созданная средствами программы Microsoft PowerPoint ( Презентация );
– кроссворд, созданный средствами Microsoft Excel ( Приложение 4 );
– три варианта тестов, созданных средствами Microsoft Excel ( Приложение 5, Приложение 6, Приложение 7 )
– игрушечные модели (танк, самолет, солдатик, кукла);
Ход урока
I. Организационный момент.
Сегодняшний урок мне хочется начать с небольшого исторического вступления:
В 1870г. английское Адмиралтейство спустило на воду новый броненосец “Кэптен”. Корабль вышел в море и перевернулся. Погиб корабль и все находящиеся на нем люди. Это было совершенно неожиданно для всех, кроме английского ученого-кораблестроителя В.Рида, который предварительно провел исследования, создав модель броненосца, и установил, что корабль опрокинется даже при небольшом волнении. Но ученому, проделывающему, как казалось тогда, несерьезные опыты с “игрушкой”, не поверили лорды из Адмиралтейства. И случилось непоправимое…
Тема урока, как вы уже догадались, – “Модели. Виды моделей и их назначение”. (Слайд 1)
Исходя из темы урока, сформулируйте задачи нашей деятельности.
(Ученики предлагают: 1) понять, что такое модель; 2) узнать, какие они бывают; 3) узнать, в чем заключается их значение, роль.)
Итак, задачи урока: (Слайд 2)
Перед вами лежит конспект урока ( Приложение 3 ), который вы будете заполнять по ходу нашей деятельности и, который поможет вам, в дальнейшем, при выполнении задания в классе и домашнего задания.
II. Актуализация знаний.
III. Объяснение нового материала.
Сейчас я продемонстрирую вам разное представление одного и того же объекта, а вы должны догадаться, о чем идет речь. (Слайд 4-9)
Речь идет об объекте “вода”.
Какие еще можно придумать модели воды?
Какова же связь двух понятий объект и модель? (Слайд 10) Вспомогательные вопросы: Модель и объект одинаковы? Какой математический знак можно между этими понятиями поставить?). Модель может отображать внешний вид объекта, структуру, поведение.
Итак, модель подобна объекту. Мы можем сказать, что модель – это некоторое упрощенное подобие реального объекта.
Укажите, в чем заключается подобие следующих объектов и их моделей: (Слайд 11)
а) костюм, эскиз костюма, выкройка;
б) дом, план дома, макет дома;
в) человек, кукла, портрет человека;
г) текст сочинения, план сочинения?
Я думаю, что вы без труда приведете примеры моделей, которые рассматривались вами на других уроках.
(Географические: глобус – модель Земного шара, карта – модель поверхности земной коры, модель строения земной коры и т.д.; (Слайд 12)
Биологические: скелет человека – модель человека, модель сердца и других органов, модель цветка, модель ДНК и т.д.; (Слайд 13)
Химические: кристаллическая решетка, модель строения молекулы, модель строения атома, и даже химическая формула – это тоже модель строения молекулы данного вещества, и т.д.; (Слайд 14)
Физические: модель вращения Земли вокруг Солнца, модель двигателя внутреннего сгорания, схема электрической цепи и т.д.; (Слайд 15)
Математические: модель многоугольников, и даже график функции, чертеж, математическая формула являются моделями…(Например, для объекта “прямоугольный треугольник” формула с 2 =а 2 +b 2 – математическая модель отношений между длинами гипотенузы и катетов). (Слайд 16)
Как вы думаете, а можно ли создать модель явления или процесса, поведения?
Человеческое общество также можно представить моделями. Например, изучая на уроках истории общинно-родовые отношения, вы представляли их в виде схем. Одна из возможных моделей отражает единоличное управление вождя племенем (Слайд 17). Другая модель описывает ситуацию, когда племенем управляет совет старейшин, подчиняющийся вождю.
А кто может привести примеры моделей явлений или процессов?
Так что же может являться объектом для создания модели? (Объект – это предмет, явление, процесс, на что обращена познавательная деятельность ). (Слайд 18)
Вернемся к объекту вода. (Слайд 19)
Какой вывод можно сделать, проанализировав данный слайд?
Один объект может иметь несколько моделей, которые представлены в разной форме: в виде текста, схемы, рисунка, структуры, формулы и т.д. Могут ли разные объекты описываться одной и той же моделью? Приведите примеры.
Пример. В механике различные материальные тела (от планеты до песчинки) могут рассматриваться как материальные точки.
Итак, один и тот же объект может иметь множество моделей, а разные объекты могут описываться одной моделью. (Слайд 20)
Как вы думаете, от чего зависит форма представления объекта? (От решаемой задачи, цели создания модели (моделирования)). А кто же будет эту задачу, цель ставить? Субъект моделирования – человек, который создает модели объектов. Рассуждая, мы получили схему моделирования. На протяжении всего урока мы применяли слово “моделирование”. Что же будем понимать под словом моделирования? (Моделирование – процесс создания моделей объекта с целью их исследования). (Слайд 21)
Каждый объект имеет много различных свойств.
Но ведь модель – это упрощенное подобие объекта. Какие же свойства являются существенными? (Это зависит от цели создания модели, от человека, создающего модель – субъекта).
Рассмотрим модели объекта “цветок”. (Слайд 22) Если оценить цветок с точки зрения биолога, то для него важны такие свойства объекта, как строение корневой системы и стебля, форма и расположение листьев, строение соцветия, способ опыления, среда обитания. Изучив эти свойства, биолог отнесет к определенному виду и представит модель данного объекта в виде схемы, описания, рисунка.
Для художника важны свойства, характеризующие внешний вид растения, которое он собирается нарисовать. Модель – картина.
Медика будет интересовать химический состав растения, чтобы определить возможность его использования в лечебных целях. Модель в данном случае – набор химических формул.
Предположим, что перед нами поставлена задача – создать модель самолета. (Слайд 23)
Работа в группах. Вы будете разными субъектами. Задача групп – назвать существенные свойства самолета для их субъекта.
(Раздаются 4 карточки [4] Приложение 1 )
После обсуждения в группах выступает один представитель. (Слайд 24)
Карточка №1. Мальчик, запускающий бумажный самолетик.
Модель: бумажный самолетик.
Существенные свойства объекта: крылья, корпус, их взаимное расположение, умение летать.
Карточка №2.Кассир по продаже авиабилетов.
Модель: план посадочных мест самолета.
Существенные свойства объекта: расположение рядов кресел, количество кресел в ряду, стоимость билета для каждого места, наличие свободных мест.
Карточка №3. Авиадиспетчер.
Модель: светящаяся точка на экране.
Существенные свойства объекта: скорость и высота полета, направление и вид движения (взлет, посадка, разворот), взаиморасположение с другими самолетами, находящимися в контролируемом районе.
Карточка №4Технолог цеха, где происходит сборка самолета.
Модель: конструкторские чертежи, технологическая карта сборки, перечень деталей. Существенные свойства объекта: наименование и количество деталей, порядок и способ их соединения, требования к квалификации специалистов, необходимое оборудование для обеспечения заданной надежности соединения.
Каждая группа попыталась определить существенные признаки и модель. А почему у каждой группы получились различные?
Уточним определение модели с учетом рассмотренных примеров и дополним его. Запишите определение в конспект. Модель – это некоторое упрощенное подобие реального объекта, которое отражает существенные стороны объекта, в зависимости от цели моделирования. (Слайд 25)
Все модели можно по форме их представления разбить на 2 большие группы: материальные (предметные) и информационные. (Слайд 26)
Материальные (или предметные) могут отражать:
– внешние свойства объектов;
– внутреннее устройство объектов;
– суть процессов и явлений.
Какие модели можно отнести к материальным? (игрушки, модель двигателя внутреннего сгорания, модель цветка и т.д.) т.е. те модели, которые воспроизводят существенные особенности модели в материальном виде.
Материальные модели – это уменьшенные или увеличенные копии, в виде муляжей, макетов, эталонов).
Информационные модели – это его описание.
С помощью чего можно описать?
Образные информационные модели (рисунки, фотографии, чертежи, планы, карты, схемы, графики и др.) представляют собой зрительные образы объектов, зафиксированные на каком-либо носителе информации (бумаге, фото– и кинопленке и др.)
Знаковые информационные модели строятся с использованием различных языков (знаковых систем):
– математические (представлены математическими формулами и уравнениями);
– специальные (представлены на специальных языках – ноты, химические формулы и т.д.);
– алгоритмические (описывают последовательность действий в виде пошагового описания, блок-схемы, программы и т.д.)
(Результат выполнения: материальные модели – №№ 2, 5, 6,8. Информационные – №№ 1,3,4,7,9.10,11.
А как вы думаете: какой вид моделей – материальный или информационный наиболее удобен для хранения, анализа и обработки? (Информационный). Более подробно об этих моделях мы поговорим на следующих уроках.
IV. Закрепление.
Задание1. Объект моделирования – дом. Какие свойства этого объекта будут существенными для:
а) архитектора, составляющего план дома;
б) строителя, определяющего перечень материалов, необходимых для строительства;
в) художника, рисующего пейзаж, частью которого является дом?
Задание 2. Изучив материал учебника, дополнительную литературу, используя ресурсы Интернета написать эссе “Зачем человеку множество моделей?”
Что называют моделью в технологии
Установи часы правильно
§ 8. Моделирование и конструирование
В наше время ежегодно создаётся большое количество новых моделей бытовой техники, станков, автомобилей, самолётов и других технических устройств. Для усовершенствования этих устройств разрабатываются новые материалы, конструкции, источники энергии. Решение этих вопросов является результатом технического творчества изобретателей, инженеров и учёных.
Целью технического творчества является нахождение новых решений важных технических задач. Техническое творчество реализуется в процессе выполнения творческих технических проектов, включающих в себя конструирование и моделирование.
Конструирование – это творческий процесс, направленный на создание каких-либо предметов, моделей, т.е. на разработку изделия. («Конструкция» – в переводе с латинского означает «устройство».) Специалисты конструируют космические корабли, самолёты, автомашины, бытовую технику, мебель …
Конструирование является частью проектирования и будет необходимым элементом вашего будущего творческого проекта.
Конструирование изделий из древесины обычно проходит в несколько этапов.
I этап — планирование работы (зрительное представление изделия) и разработка эскизного проекта изделия (технических рисунков).
II этап — изготовление графической документации: чертежей, технологических карт. Разработка технического задания на изготовление деталей изделия.
III этап — изготовление изделия: 
Перед разработчиком (конструктором) в процессе конструирования возникает множество вариантов изделия. Многовариантность в конструировании называют вариативностью . Вариативность присуща как конструкции изделия, так и его внешнему виду – дизайну. (Слово «дизайн» в переводе с английского означает «замысел, проект, рисунок».) В узком смысле дизайн — это художественное конструирование изделия. На рис. 25 приведена вариативность конструкторских решений декоративной кухонной доски.
Красивое и модное изделие, продуманное с точки зрения технической эстетики (красоты), простоты и безопасности обслуживания и эксплуатации, имеет повышенный спрос и ценится дороже. Вот почему прорабатывают множество вариантов изделия, пока не найдут наиболее подходящий. Так появились различные конструкции столов, стульев, кресел и других изделий из древесины.
Для оценки изделия используют несколько характеристик: технологичность, прочность, надёжность, качество, дизайн, экономичность, экологичность и т. д.
Прочное изделие — это то, которое выдерживает определённые нагрузки, не разрушаясь.
Надёжное изделие способно выполнять возложенную на него задачу длительное время при сохранении основных своих характеристик.
Экономичным считают из конструкторских решений изделие, которое при использовании не требует дополнительных расходов. Технологичность, прочность, надежность и другие свойства являются и основными принципами конструирования, изготовления и эксплуатации изделий.
Все выше перечисленные необходимые свойства изделия составляют его качество . Качественное изделие прочно и надежно в работе, удобно в эксплуатации.
Изделия, характеризующиеся всеми перечисленными выше свойствами и имеющие красивые форму и цвет, являющиеся эстетичными, пользуются повышенным спросом на товарном рынке и поэтому являются конкурентоспособными. При конструировании изделий весьма важно подобрать для них нужные материалы, чтобы изделие было прочным и дешевым, легко и быстро изготавливалось, соответст вовало всем предъявляемым к нему требованиям.
При изготовлении нескольких деталей из одной заготовки важно, чтобы их получилось как можно больше и чтобы они были прочными. Например, неэкономично изготавливать изделия из доски, как показано на рисунке (1) ниже. Если взять схему разметки раскроя, приведенную на рис. 2, то все изделия будут бракованными (непрочными), так как их ручки отколются по волокнам. По схеме раскроя, (показанной на рис. 3), верхнее изделие также будет бракованным. Но если заготовкой будет фанера, то наибольшее количество изделий получим по схеме разметки, изображенной на рис. 3.
Одним из приемов конструирования является моделирование изделий.
Опыт показывает, что в процессе творчества полезно создавать модели – уменьшенные или увеличенные образцы (копии) изделий (иногда выполняют в натуральную величину), которые изготавливают, чтобы понять его устройство и принцип действия будущих технических устройств. («Модель» – от латинского «мера, образец, норма». «Копия» – от латинского «множество».) Модель предназначена для изучения реального объекта. В частности, модели автомобилей используют для исследования поведения автомобилей при сильном ветре и во время дорожно-транспортных происшествий.
Все вы с детства любите строить модели зданий, автомобилей, тракторов, лодок и кораблей, бумажных самолетиков. Цель, с которой создали модель, определяет её вид и способ изготовления. Модели могут быть действующими и недействующими, подвижными и неподвижными, контурными (рис. 2, а) и силуэтными, объёмными и плоскостными, моделями-копиями (рис. 2, б) и стилизованными моделями (рис. 2, в).
Рис. 2. Модели: а — контурная из фанеры; б — копия из деталей
конструктора ЛЕГО; в — стилизованная из древесины
А это и есть как раз модели существую щих сооружений и машин.
Модели (изделия, поделки, макеты) можно изготовить из бумаги, картона, пластилина, проволоки, ткани, древесины, фанеры, тонколистовых металлов, природных материалов, бросовых материалов, деталей конструкторов. Большое количество интересных моделей можно изготовить из бросовых материалов (всевозможных крышек, спичечных коробков, пластмассовых бутылок, отслуживших свой срок лазерных дисков, пуговиц). Модели, как и настоящие изделия, изготавливают по эскизам, техническим рисункам и чертежам.
Каждый из вас не раз придумывал и создавал модели. Но чтобы почувствовать себя настоящим конструктором, приступая к конструированию модели (изделия, поделки, макета), необходимо составить примерный план работы.
1. Определить объект моделирования, вид и назначение модели.
2. Определить возможности изготовления, необходимый материал, экономическую и экологическую составляющие процесса изготовления модели.
3. Разработать графическую документацию. Определить масштаб, выполнить эскиз, разработать рабочий чертёж.
4. Определить этапы и последовательность изготовления модели (изделия), разработать технологическую карту. Технологическая карта — форма технологической документации, в которой записан весь процесс создания изделия.
5. Изготовить модель. Выполнить доработку рабочего чертежа в процессе изготовления. Произвести частичную отделку готовых деталей и всего изделия.
6. Выполнить испытание модели (изделия), устранить недоделки и замечания. Закончить отделку.
7. Продумать возможность использования модели, например, для участия в соревнованиях, выставках, конкурсах и т. д.
Моделирование разделочной доски
Схема разметки разделочной доски
Конструирование простейших изделий из древесины
1. Сконструируйте несколько вариантов одного и того же изделия из древесины по заданию учителя.
2. Выполните технические рисунки лучшего из делия и чертежи его деталей.
3. Продумайте, будет ли ваше изделие обладать достаточной прочностью, надежностью; будет ли оно технологичным?
4. Какое значение имеет моделирование для разработки вашего творческого проекта?
Основные понятия и термины:
техническое творчество, моделирование, модель, модель-копия, контурная модель, силуэтная модель, объёмная модель, стилизованная модель. вариант, вариативность, дизайн, технологич ность, прочность, надежность, экономичность, каче ство, свойство,
1. Что называют конструированием изделия?
2. Что называют вариативностью?
3. Какие изделия называют технологичными, прочными, надежными, экономичными?
4. Какие изделия называют качественными?
5. Что называют моделированием и моделью? Для чего используются модели? Приведите примеры моделей, расскажите об их использовании.
6. Для чего изготавливают модели?
7. Приведите примеры видов моделей, которые можно изготовить из деталей конструкторов.
8. Придумайте модели (поделки, изделия, макеты), которые можно изготовить из отходов фанеры, ткани, фантиков от конфет.
Найдите в Интернете интересные идеи для изготовления моделей из бросовых материалов. Разработайте технологическую карту для изготовления одной из таких моделей.