Информационное моделирование: построение и исследование моделей объектов и процессов
Цели и задачи
- Цель урока по SMART: к концу урока учащиеся объяснят назначение информационной модели, различат материальные и информационные модели, построят простую информационную модель реального объекта или процесса и обоснуют выбор её формы не менее чем по двум критериям.
- Сформировать представление об информационном моделировании как методе познания и решения практических задач.
- Научить выделять существенные свойства объекта с учётом цели моделирования и представлять их в виде таблицы, схемы, графа или алгоритма.
- Развивать умение анализировать исходную ситуацию, выбирать средства моделирования, аргументировать решения и проверять соответствие модели поставленной цели.
- Формировать ответственное отношение к упрощению реальности: показывать, что любая модель отражает только существенные для задачи свойства объекта.
Планируемые результаты
Личностные
- Осознают значение моделирования для науки, инженерии, программирования и будущей профессиональной деятельности.
- Понимают необходимость критически оценивать цифровые модели и не отождествлять модель с реальным объектом.
- Проявляют познавательную инициативу при выборе формы представления модели.
- Осознают личную ответственность за корректность исходных данных и выводов, сделанных на основе модели.
Метапредметные
- Выделяют существенные признаки объекта в соответствии с заданной целью исследования.
- Преобразуют информацию из словесной формы в табличную, графическую или алгоритмическую.
- Планируют последовательность построения модели и осуществляют самопроверку по заданным критериям.
- Аргументированно представляют результат в группе, задают уточняющие вопросы и оценивают модели одноклассников.
- Используют цифровые инструменты или их имитацию для фиксации, структурирования и анализа информации.
Предметные
- Знать понятия «модель», «информационная модель», «информационное моделирование», «объект моделирования» и «цель моделирования».
- Уметь приводить примеры информационных моделей объектов, процессов и систем.
- Уметь определять, какие свойства объекта являются существенными для конкретной задачи.
- Уметь строить простую информационную модель в форме таблицы, схемы, графа или алгоритма.
- Уметь оценивать адекватность модели поставленной цели и выявлять недостающие либо избыточные данные.
Универсальные учебные действия (УУД)
Личностные УУД
- Определяют личный интерес к применению моделей в выбранной образовательной или профессиональной области.
- Осмысливают, почему одна и та же система может описываться разными моделями.
- Проявляют готовность корректировать собственную модель после получения аргументированной обратной связи.
- Развивают научный стиль мышления: формулируют допущения и отделяют факты от предположений.
Регулятивные УУД
- Формулируют цель моделирования на основе предложенной практической ситуации.
- Планируют этапы: определить объект, выбрать существенные свойства, выбрать форму и проверить результат.
- Сопоставляют готовую модель с критериями: соответствие цели, полнота, непротиворечивость и наглядность.
- Обнаруживают ошибки и вносят изменения в модель после взаимной проверки.
- Оценивают степень достижения цели урока с помощью листа самооценки.
Познавательные УУД
- Классифицируют модели по способу представления и назначению.
- Анализируют текстовую информацию, выделяя объекты, свойства, связи и действия.
- Строят знаково-символическую модель ситуации в виде таблицы, схемы, графа или алгоритма.
- Сравнивают две модели одного объекта и устанавливают, какая лучше отвечает конкретной цели.
- Формулируют вывод о границах применимости построенной модели.
Коммуникативные УУД
- Распределяют роли в группе: аналитик, проектировщик, проверяющий и докладчик.
- Объясняют выбор свойств и формы модели, используя предметную терминологию.
- Задают вопросы к модели другой группы и формулируют корректные рекомендации.
- Учитывают альтернативные решения и приходят к общему выводу при расхождении мнений.
Подготовка учителя к уроку
- Подготовить презентацию с проблемной ситуацией: навигатор, расписание движения и схема социальной сети как примеры разных информационных моделей.
- Распечатать карточки с тремя ситуациями для групп: «маршрут робота», «расписание экзаменов», «состав команды проекта» — по одной карточке на группу.
- Подготовить листы формата А3, маркеры, стикеры и клей для построения моделей — по одному комплекту на группу из 3–4 человек.
- Распечатать лист самооценки и чек-лист взаимной проверки — по одному экземпляру на каждого ученика.
- Вывести на доску памятку: «Цель → объект → существенные свойства → связи → форма модели → проверка».
- Подготовить примеры таблицы, графа, схемы и алгоритма, связанные с одной ситуацией, чтобы показать множественность моделей.
- Подготовить таймер на 3 и 5 минут для групповой работы.
- Обеспечить проектор или интерактивную доску; при наличии компьютеров подготовить простой онлайн-редактор схем, но предусмотреть бумажный вариант.
- Заранее сформировать разнородные группы по 3–4 человека и назначить роли, которые учащиеся смогут изменить по своему выбору.
Ход урока
Этап 1. Организационный момент и мотивация (3 мин)
Цель этапа: включить учащихся в исследовательскую деятельность и показать практическую ценность информационных моделей.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | Учитель приветствует класс и обращается: "Сегодня мы начнём не с определения, а с исследовательской задачи. Посмотрите на экран: перед вами карта навигатора, расписание и схема связей между пользователями. Все изображения описывают реальность, но делают это по-разному. Подумайте, что общего у этих объектов." | Рассматривают три изображения, фиксируют индивидуально по одному общему признаку и формулируют предположение: "Это упрощённые представления реальных объектов или процессов". |
2 мин | Учитель организует приём «Подумай — обсуди в паре — поделись»: "Сначала 30 секунд сформулируйте ответ сами, затем обсудите его с соседом. Что исчезло из реальности, когда появился навигатор? Почему это не ошибка?" Учитель принимает 2–3 версии и записывает на доске слова «цель», «существенные свойства», «упрощение». | Обсуждают в парах, отвечают: "Навигатор показывает только дороги, расстояния и направление, потому что для маршрута не нужны все свойства города". |
0 мин | Учитель формулирует проблемный вопрос: "Как построить такое описание объекта, которое будет достаточно простым, но полезным для решения конкретной задачи?" | Записывают проблемный вопрос в рабочем листе. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы увидели, что модель не копирует реальность полностью. Она сохраняет только то, что нужно для определённой цели. Теперь выясним, как это делать последовательно и осознанно."
Этап 2. Актуализация знаний (5 мин)
Цель этапа: актуализировать представления об объектах, свойствах, связях и способах представления информации.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель показывает на доске слово «велосипед» и спрашивает: "Какие сведения можно сообщить об этом объекте? Назовите не всё подряд, а разные группы признаков: свойства, состав, связи и действия." Учитель распределяет ответы в четыре колонки. | Называют: "цвет, масса, скорость, колёса, рама, связь деталей, движение, торможение". Наблюдают, как сведения объединяются по смыслу. |
2 мин | Учитель предлагает приём «Кластер»: "В центре запишите объект, от него проведите ветви: свойства, части, связи, поведение. Затем ответьте: будут ли все ветви одинаково важны для любой задачи?" | Строят мини-кластер и формулируют вывод: "Набор важных признаков зависит от задачи". |
1 мин | Учитель демонстрирует два описания велосипеда: художественное и техническую таблицу. Спрашивает: "Какое описание удобнее для выбора велосипеда по массе и размеру? Какое — для рассказа о внешнем виде?" | Сравнивают описания и отвечают: "Для выбора удобнее таблица, для образного рассказа — текст или изображение". |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы вспомнили, что объект имеет множество признаков, но модель отбирает только существенные. Следующий шаг — определить, от чего зависит этот отбор и как сформулировать цель моделирования."
Этап 3. Постановка проблемы и целеполагание (5 мин)
Посмотрите план целиком
Зарегистрируйтесь — и откройте план урока по этой теме полностью: цели, ход урока и рефлексия по ФГОС.
Цель этапа: совместно вывести алгоритм информационного моделирования и критерии качественной модели.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель предлагает ситуацию: "Школьная команда должна выбрать маршрут робота по коридорам. У нас есть план здания, размеры помещений, цвета стен, расположение дверей и фотографии кабинетов. Какие сведения нужны роботу для построения маршрута, а какие можно исключить? Обоснуйте." | В парах выделяют нужные сведения: "кабинеты, проходы, расстояния, препятствия, направление движения"; исключают цвет стен и фотографии, если они не влияют на движение. |
2 мин | Учитель задаёт сократовский диалог: "Что является объектом моделирования? Какова цель? Какие свойства стали существенными именно из-за этой цели? В какой форме удобнее показать связи между помещениями?" На доске оформляет цепочку действий. | Отвечают: "Объект — здание и его коридоры; цель — построить маршрут; существенные свойства — помещения и проходы; форма — схема или граф". |
1 мин | Учитель формулирует: "Сегодня вы построите собственную информационную модель и докажете, что она подходит для выбранной задачи. Критерии: модель соответствует цели, содержит необходимые сведения, не перегружена лишними данными и понятна другому человеку." | Записывают цель урока и четыре критерия проверки модели. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Цель определяет состав модели, а состав модели определяет её форму. Теперь вы примените этот алгоритм к реальной ситуации и попробуете создать модель, которой сможет воспользоваться другая команда."
Этап 4. Открытие нового знания: групповое построение модели (10 мин)
Цель этапа: сформировать умение самостоятельно строить информационную модель объекта или процесса и объяснять сделанные допущения.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель делит класс на группы и раздаёт карточки: "Группа 1 моделирует маршрут робота между кабинетами. Группа 2 создаёт модель расписания экзаменов. Группа 3 представляет состав команды проекта и связи между участниками. Выберите форму модели: таблицу, схему, граф или алгоритм. Назначьте аналитика, проектировщика, проверяющего и докладчика." | Читают условие карточки, распределяют роли и формулируют цель моделирования одним предложением. |
5 мин | Учитель напоминает «Шпаргалку-напоминание»: "Сначала назовите объект и цель. Затем выпишите все возможные сведения, зачеркните несущественные, обозначьте связи и выберите форму представления. Не стремитесь изобразить всё. Важнее объяснить, почему выбранные данные нужны." Учитель консультирует группы вопросами: "Какая связь здесь главная? Что произойдёт, если убрать этот элемент?" | Составляют модель на листе А3. Группа маршрута строит граф помещений и переходов; группа расписания создаёт таблицу «день — время — предмет — аудитория»; группа команды строит схему ролей и связей. На полях записывают два допущения. |
3 мин | Учитель организует краткие доклады: "Каждая группа за 30–40 секунд назовёт цель, форму модели и одно ограничение. Остальные слушают и фиксируют один вопрос к выступающим." | Докладчики представляют модели: "Мы выбрали граф, потому что важны переходы между помещениями"; "Мы выбрали таблицу, потому что нужно быстро сопоставить время и аудиторию". Одноклассники задают уточняющие вопросы. |
Запись в тетрадях
Учащиеся записывают: «Информационная модель — описание объекта, процесса или системы с помощью информации, отражающее существенные для поставленной цели свойства и связи. Информационное моделирование: 1) постановка цели; 2) выделение объекта; 3) отбор существенных свойств и связей; 4) выбор формы; 5) построение; 6) проверка и уточнение модели».
Завершение этапа: учитель подводит итог: "У каждой группы получилась не копия реального объекта, а целенаправленное описание. Теперь проверим модели по единым критериям и увидим, какие решения выдерживают независимую проверку."
Этап 5. Первичное закрепление и взаимная проверка (7 мин)
Цель этапа: закрепить понятия и научить оценивать информационную модель с позиции пользователя.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель раздаёт чек-лист и говорит: "Проверьте модель соседней группы. Отметьте четыре пункта: понятна ли цель, есть ли все необходимые сведения, нет ли очевидных лишних данных, можно ли по модели решить заявленную задачу. Не исправляйте молча — сформулируйте один вопрос и одну рекомендацию." | Обмениваются моделями, читают пояснения, ставят отметки в чек-листе, записывают вопрос и рекомендацию. |
2 мин | Учитель организует приём «Две звезды и пожелание»: "Назовите два сильных решения и одно изменение, которое повысит полезность модели. Говорите о модели, а не о человеке." | Представители групп дают обратную связь: "Сильная сторона — ясные обозначения; сильная сторона — указаны направления движения; пожелание — добавить расстояния между помещениями". |
2 мин | Учитель предлагает три быстрых утверждения: "Модель всегда полностью совпадает с объектом. Одна и та же модель подходит для любых целей. Таблица и граф могут описывать один объект по-разному." Просит показать карточку «верно» или «неверно» и объяснить один ответ. | Поднимают карточки: первое утверждение — «неверно», второе — «неверно», третье — «верно». Аргументируют: "Форма и содержание модели зависят от цели". |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Проверка показала, что качество модели определяется не красотой оформления, а её соответствием задаче. Теперь каждый самостоятельно проверит, умеет ли применять алгоритм без подсказки группы."
Этап 6. Самостоятельная работа с самопроверкой (10 мин)
Цель этапа: диагностировать индивидуальное освоение алгоритма построения и анализа информационной модели.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель раздаёт индивидуальную карточку: "Ситуация: школьник планирует подготовку к трём контрольным работам. Укажите цель модели, выберите существенные свойства и предложите форму представления. Не нужно составлять весь план — достаточно показать фрагмент модели минимум для трёх дней." | Читают условие и индивидуально записывают цель: "распределить время подготовки так, чтобы учесть даты, предметы и продолжительность занятий". |
5 мин | Учитель уточняет инструкцию: "В работе должны быть название объекта, цель, не менее четырёх существенных свойств, выбранная форма и небольшой фрагмент модели. После построения задайте себе вопрос: сможет ли другой ученик воспользоваться вашей моделью без устного объяснения?" | Создают таблицу или календарную схему, включают даты, предметы, время подготовки, приоритет и длительность. Проверяют работу по четырём критериям. |
3 мин | Учитель выводит эталонную структуру на экран: «цель — свойства — форма — пример — проверка». Просит выполнить самопроверку и отметить светофором уровень уверенности. | Сравнивают свою работу со структурой, подчёркивают пропущенные элементы, ставят зелёную, жёлтую или красную отметку и при необходимости дополняют модель. |
Эталон решения
Возможный вариант: цель — спланировать подготовку к контрольным работам; объект — учебная деятельность школьника в течение недели; существенные свойства — день, предмет, дата контрольной, доступное время, длительность занятия, приоритет; форма — таблица. Фрагмент: «Понедельник — информатика — 16:00–17:00 — повторить понятия модели и моделирования; Вторник — математика — 16:00–17:30 — решить тренировочные задачи». Проверка: по каждой контрольной работе есть подготовительное действие, занятия не пересекаются по времени, модель читается без дополнительных пояснений.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Вы самостоятельно прошли весь цикл моделирования: от цели до проверки. Ошибка или неполнота здесь не повод отказаться от модели — это сигнал уточнить свойства, связи или форму. Завершим урок рефлексией и определим, что необходимо закрепить."
Этап 7. Рефлексия и домашнее задание (5 мин)
Цель этапа: осмыслить новое знание, выявить затруднения и определить направление дальнейшей работы.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель предлагает «Одноминутку»: "За одну минуту завершите три фразы: «Информационная модель нужна, чтобы…», «При построении модели важно…», «Мне ещё необходимо потренироваться…»." | Заполняют три фразы: "сократить сложность объекта и решить задачу"; "учитывать цель и существенные свойства"; называют личную трудность. |
2 мин | Учитель возвращается к проблемному вопросу: "Как построить описание, достаточно простое, но полезное? Сформулируйте ответ в одном предложении и покажите светофор." | Формулируют вывод: "Нужно выбрать существенные для цели свойства, представить их в подходящей форме и проверить модель". Показывают цвет самооценки. |
1 мин | Учитель объясняет домашнее задание и говорит: "Выберите уровень по готовности. На следующем уроке мы используем созданные модели для компьютерного представления и исследования данных." | Записывают задание, задают уточняющие вопросы и сдают лист самооценки. |
Критерии оценивания практической работы
- «5» — сформулирована конкретная цель, выделены не менее четырёх существенных свойств и связей, правильно выбрана форма модели, модель позволяет решить заявленную задачу, допущения и ограничения объяснены.
- «4» — цель и форма выбраны верно, модель в основном соответствует задаче, но есть одна неточность в составе данных, обозначениях или объяснении ограничений.
- «3» — представлена модель с частично сформулированной целью, отражены отдельные свойства объекта, однако модель неполна или требует устного пояснения для использования.
- Ниже базового уровня — цель не определена либо модель не связана с условием задачи; работа дорабатывается по чек-листу с указанием конкретного пропуска.
Рефлексия
Вопрос для ученика | Цель вопроса |
|---|---|
Что такое информационная модель и чем она отличается от реального объекта? | Проверка понимания ключевого понятия и осознания принципа упрощения. |
Как цель моделирования повлияла на выбор свойств и формы вашей модели? | Выявление умения устанавливать связь между целью, содержанием и способом представления. |
Какой этап алгоритма построения модели оказался самым сложным? | Выявление точек затруднения: постановка цели, отбор свойств, выбор формы или проверка. |
Сможет ли другой человек воспользоваться вашей моделью без устного объяснения? Что нужно исправить? | Формирование навыка самоконтроля и оценки практической адекватности модели. |
Завершающее слово учителя
"Сегодня мы увидели, что информационное моделирование помогает исследовать сложные объекты, от маршрута робота до планирования собственной деятельности. Главная ошибка — пытаться перенести в модель все свойства реального объекта без учёта цели. Хорошая модель содержит необходимое, понятна пользователю и допускает проверку и уточнение. На следующем уроке мы рассмотрим, как компьютерные технологии помогают хранить, изменять и исследовать информационные модели."
Домашнее задание
Уровень | Что задать | Зачем |
|---|---|---|
Базовый (обязательный) | Выбрать бытовой или учебный объект и описать его информационную модель: сформулировать цель, указать не менее пяти свойств, выбрать форму представления и привести небольшой фрагмент таблицы или схемы. | Закрепляет понятия объекта, цели и существенных свойств; при проверке смотреть на соответствие формы поставленной задаче. |
Средний (повышающий) | Для одного объекта построить две разные модели, например таблицу и схему, затем сравнить их по критериям полноты, наглядности и удобства применения. | Развивает умение сравнивать модели и обосновывать выбор формы; при проверке важно наличие аргументированного вывода. |
Продвинутый (дополнительный) | Разработать модель процесса из личной или профессиональной области: например, движения транспорта, работы интернет-магазина или подготовки проекта. Представить не менее шести элементов и связей, указать два допущения и границы применимости. | Развивает проектное мышление и связь с будущей профессией; при проверке смотреть на явное описание допущений, связей и ограничений модели. |
Контрольные вопросы перед выходом: «Что является объектом моделирования? Почему цель определяет состав модели? Назовите две формы информационных моделей. Как проверить, что модель адекватна поставленной задаче?»
