Урок 27. Структурирование информации с использованием информационных моделей
Класс: 10
Цели:
дать учащимся представление о структурировании информации с использованием табличной модели и графа;
развитие системного мышления, умений анализировать, сравнивать, систематизировать, обобщать.
Тип урока: комбинированный урок.
Учащиеся должны знать: понятия «информационная модель», «табличная модель», «граф».
Программное и методическое обеспечение урока: учебное пособие «Информатика, 10», § 8; презентация «Структурирование информации с использованием информационных моделей».
Методические рекомендации к уроку
Проверка знаний предыдущего урока
Предложить учащимся ответить на вопросы:
Что такое модель? Чем модель отличается от оригинала?
Что включает в себя процесс моделирования?
В чём разница между материальной и информационной моделью?
Как можно классифицировать модели с учётом временного фактора?
Как можно классифицировать информационные модели по способу представления?
Какие существуют формы представления информационных моделей?
Могут ли информационные модели быть динамическими? Приведите примеры материальных и информационных динамических моделей.
Предложить учащимся привести примеры различных форм следующих информационных моделей: а) формула идеального газа; б) модель молекулы ДНК; п) описание рельефа или климата Беларуси.
Актуализация знаний и мотивации учащихся на изучение нового материала.
Объект моделирования не всегда является простым предметом. Чаще всего это сложный объект, состоящий из взаимосвязанных частей и представляющий собой систему. Система определяется не только составом своих частей, но и структурой — порядком и способом объединения этих частей в единое целое (т. е. можно сказать, что структура – внутренняя организация системы). Структурирование информации – внесение определённой системы в формирование информации, изменение формы представления информации без изменения содержания. Примеры структурирования информации: упорядочение определённым образом, сортировка по каким-либо признакам, использование табличного или графического представления. Таким образом, структурирование информации можно рассматривать как процесс создания информационной модели в определённой форме, отражающей взаимосвязи и зависимости между параметрами объектов и/или частями системы.
Предложить учащимся привести примеры табличных информационных моделей (табличное представление математических функций, расписание уроков, классный журнал, дневник учащегося и т. д.) и отметить их преимущества (наглядность, компактность, возможность быстрого анализа информации и т. д.). Далее предложить учащимся привести примеры информационных моделей, представленных в графической форме, в которых отражаются связи между объектами (блок-схемы алгоритмов, схемы транспортных маршрутов, классификация биологических видов, генеалогическое древо и т. д.) и отметить их преимущества (наглядность, визуализация связей и зависимостей и т. д.).
Сформулировать учебную задачу: научиться структурировать информацию, используя информационные модели в форме таблиц и графов.
3. Объяснение нового материала
Рассмотрим структурирование информации с использованием информационных моделей разного типа.
Наибольшее распространение получили табличные модели, чему в немалой степени способствовала простота их реализации в электронных таблицах. Но необходимо помнить, что построение табличной модели целесообразно для описания объектов с одинаковыми наборами свойств.
В табличной модели названия или перечни однотипных объектов или свойств размешают в первой строке (или столбце) таблицы, а значения их свойств – в следующих строках (или столбцах) таблицы.
Столбцы с однотипными данными называют полями, а каждая строка представляет отдельную запись.
На конкретном примере (сводная ведомость успеваемости учащихся в классном журнале) показать структуру и принцип расположения данных в таблице, дать определение поля и записи.
Различают таблицы типа «объект – свойство» – когда в одной строке содержится информация об одном объекте или одном событии – и таблицы типа «объект – объект», которые отражают взаимосвязи между разными объектами.
Рассмотрим пример 1 § 8.
В таблице однотипные данные размещены в столбцах. В первую строку помещают названия столбцов (полей): Дата, Осадки, Температура.
[pic]
Можно разместить названия в первом столбце, а однотипные данные группировать по строкам. В этом случае таблица будет выглядеть так:
[pic]
Предложить учащимся определить объекты, свойства объектов и значения.
(Для данного примера объектами являются дни, заданные датой, каждый из которых характеризуется определенными осадками и температурой (свойства). )
Обратить внимание учащихся на то, что каждая строка таблицы содержит информацию об одном объекте. Пояснить, что подобные таблицы относятся к типу «объект — свойство».
Рассмотрим пример 2 § 8.
[pic]
В данном случае и учащиеся, и учебные предметы являются объектами разных типов, а отметки отражают взаимосвязи между ними. Такие таблицы относятся к типу «объект — объект».
В случае, когда нужно показать наличие или отсутствие взаимосвязи между объектами, используется тип таблицы «двоичная матрица». Чтобы заполнить такую таблицу, достаточно двух цифр (0 — если объекты не связаны и 1 — если связь между объектами существует).
Предложить учащимся привести примеры объектов моделирования, которые удобно представить и форме таблиц типа «объект — свойство», «объект — объект», «двоичная матрица».
Для наглядного представления состава и структуры данных используют графы.
Граф – это информация о структуре моделируемого объекта (системы), представленной в графической форме.
Моделируемые объекты представляют как вершины (или узлы) графа, а связи между объектами — как дуги (или ребра) графа. Получают чертеж, который задает множество вершин и множество линий (связей), соединяющих некоторые пары вершин. вершины графа — это объекты (или части системы), а рёбра — это связи (отношения) между ними
Связи между объектами называются отношениями. Симметричная связь обозначается отрезком, а несимметричная — стрелкой. В ненаправленном графе связи симметричны. В виде такого графа можно представить модель дорог, связывающих населенные пункты:
[pic]
В ориентированном графе отношения между объектами (связи) несимметричны, например: начальник подчиненный, отец сын, бабушка внучка:
[pic]
Задание 1. Нарисовать в виде графа систему взаимоотношений группы одноклассников (являются друзьями А и Б, А и В, Б и Г, А и Г).
[pic]
Следует отметить, что в данном графе связь «являются друзьями» — симметричная; т.е. это неориентированный граф.
Теперь для этих же объектов изменить вид связи (желают дружить: АсБ, БсАиГ, ВсБиГ, ГсВи А).
[pic]
Обсудить построенный граф и отметить, что несимметричные связи обозначаются направленными линиями со стрелками (дугами), а граф с такими свойствами называется ориентированным.
Система, объекты которой находятся друг с другом в отношении вложенности или подчиненности, называется иерархической. Иерархическая модель наглядно представляется графом, в котором вершины верхнего уровня связаны с вершинами нижнего уровня как «один ко многим». Примерами иерархических моделей являются графические представления разнообразных классификаций (животных, растений, типов информационных моделей
[pic] ,
размещение файлов и папок на жестком диске компьютера и т. п.
Информационная модель, объекты которой (вершины графа различных уровней) связаны между собой по принципу «многие ко многим», называется сетевой.
Примерами сетевых моделей могут служить различные сети (компьютеров, магазинов), глобальная сеть Интернет.
С помощью информационных моделей можно представлять знания.
Семантическая модель — модель знаний в форме графа, в основе которой лежит идея о том, что любые знания можно представить в виде совокупности объектов (понятий) и связей (отношений) между ними. В качестве примера представим в виде графа связи в предложении «Стаіць мая хата між хвой кучаравых»
[pic]
Рассматривая пример семантической модели знаний, стоит отметить, что формализованные модели знаний в различных предметных областях, хранящиеся в памяти компьютера, лежат в основе создания систем искусственного интеллекта.
На данном этапе урока выслушать и обсудить выступления учащихся, подготовивших сообщения по теме «Модели знаний в системах искусственного интеллекта».
4. Закрепление нового материала.
Предложить учащимся выполнить упражнения 1 и 2 § 8 (стр. 57).
Обратить внимание на необходимость следования предложенному на уроке алгоритму структурирования информации.
Подведение итогов урока.
Обсудить результаты выполнения заданий, выставить отметки. Повторить основные понятия, изученные на уроке: структура, структурирование информации, табличная модель, типы таблиц, иерархическая и сетевая информационные модели, графы: деревья и сети, семантическая модель знаний; обсудить преимущества структурированной информации.
Домашнее задание. Изучить материал § 8, ответить на вопросы 1—2.
