Несколько примеров отношение между объектом. Успехи современного естествознания

Таблица 8.13. Информационные модели элементов системы ТОРГОВОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ

Объект	Параметры	Действия
	Режим работы Выручка	Открывать Закрывать Продавать
	Вид товара Качество	Поставлять Предлагать Выбирать
ПРОДАВЕЦ	Параметры, характеризующие профессионализм: образование, опыт, личные качества	Выслушивать покупателя Помогать в выборе нужного товара Упаковывать товар
ПОКУПАТЕЛЬ	Наличные средства Желание совершать покупки	Выбирать товар Расплачиваться с продавцом

Рис. 8.3. Схема связей и отношений в системе ТОРГОВОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ

Рассмотренные в качестве примеров модели отображают дос-таточно простые системы. Чем сложнее система, тем труднее ее исследовать и строить модель. Такая задача не каждому по силам. Поэтому построением моделей сложных систем обычно занимаются специалисты высокой квалификации. Про таких специалистов говорят, что они обладают системным мышлением, навыками системного подхода. Системный подход применяется в любой области знания, осо-бенно при изучении сложных систем. В этой теме вы познакоми-лись с его основами на примерах из повседневной жизни. Коротко суть системного подхода можно отобразить в виде этапов анализа:

сложный объект (система) рассматривается в виде набора бо-лее простых элементов (объектов);

для каждого элемента определяется роль, которую он вы-полняет в системе;

определяются отношения между элементами;

устанавливается влияние параметров каждого элемента (объ-екта) на поведение системы в целом.

Чем тщательней проводился анализ системы, тем точнее ока-жется полученная модель. Но модель должна отображать харак-теристики системы лишь с необходимой степенью точности. Эта точность определяется целью и подразумевает осмысленный отбор необходимых черт, которые будет отражать модель. Слиш-ком большое количество одновременно моделируемых свойств может завести исследователя в тупик. Во-первых, это сильно усложнит задачу составления модели. Во-вторых, необходимо представлять, как полученные сведения будут использоваться в дальнейшем, сможет ли исследователь осмыслить, «переварить» это обилие информации. В данном случае уместно вспомнить из-речение Козьмы Пруткова: «Никто не обнимет необъятного». В заключение следует заметить, что для всестороннего изуче-ния системы требуется множество разных моделей. Но, как пра-вило, конкретного исследователя интересует какая-то одна сто-рона системы. Поэтому важно с самого начала определить цель исследования конкретной системы и только затем приступать к созданию ее модели.

Контрольные вопросы и задания

Приведите примеры пространственных отношений между объектами. Какими сравнительными характеристиками мож-но описать пространственные отношения?

Приведите примеры временных отношений между объекта-ми. Какими сравнительными характеристиками можно опи-сать временные отношения?

Приведите примеры отношений части и целого между объек-тами. Какими сравнительными характеристиками можно описать отношения части и целого?

Составьте таблицу отношений однотипных объектов «това-ры».

Какая связь существует между лампой и электрической ро-зеткой? В чем она проявляется?

Какая связь существует между водопроводным краном и во-дой, протекающей по трубе? В чем она проявляется?

Когда два человека беседуют, существует ли связь между ними? Почему?

Приведите примеры географических связей.

Когда объект можно назвать системой? Приведите примеры систем.

Можно ли назвать объект «ножницы» системой? Обоснуйте свой ответ.

Из каких объектов состоит система «очки»? Как связаны ме-жду собой эти объекты?

Придумайте системы, которые можно построить из объектов «доски», «гвозди»?

Назовите характеристики системы в целом и ее составляю-щих (свойства, действия) для объектов «стол»; «класс уча-щихся».

Составьте информационные модели систем «классная комна-та»; «садовый участок».

Тема 9 Основы классификации (объектов)

Изучив эту тему, вы узнаете:

что такое классы и подклассы;

что такое основание для классификации;

что такое наследование свойств;

для чего нужна классификация;

как проводить классификацию разнообразных объектов;

как классифицируются компьютерные документы.

9.1. Классы и классификация Человеку присуща способность обобщать и упорядочивать все многообразие объектов. Каждое имя существительное отражает представление человека об обширной группе объектов: дом, стол, книга. Объекты одной группы обладают общими для всей группы характеристиками, а также некоторыми чертами, позво-ляющими отличить их от других объектов. Человеку свойственно отождествлять несколько объектов, род-ственных по какому-то признаку, рассматривая их как само-стоятельный объект. Н

апример, про скрипку, виолончель, альт, контрабас, флейту, гобой, фагот, трубу мы говорим, что это «музы-кальные инструменты». Видя на столе чашки, блюдца, са-харницу, чайник, называем это общим словом «посуда». У этих групп объектов существуют некоторые общие свойства, на них можно одинаково воздействовать для получения опреде-ленного результата. Обычно они существуют в одной среде. Та-кие группы объектов получили название «класс».

Класс - группа объектов с одинаковым набором характеристик.

Объекты, входящие в класс, называются экземплярами клас-са. Необходимо понять, что объекты, которые вы по каким-то параметрам объединили в класс с общим названием, отличают-ся друг от друга конкретными значениями параметров. Напри-мер, мячи, сохраняя основные свойства данного класса объек-тов (легкость, упругость), могут различаться материалом (кау-чуковые, резиновые, кожаные), цветом, размером. Птицами называют орла и курицу, страуса и колибри. Даже внутри уз-кого класса экземпляры могут сильно различаться: среди кры-латых насекомых под названием «пчелы» существует матки, трутни, рабочие пчелы. В этом проявляется важное свойство классов - многообразие экземпляров, входящих в класс. Эти различия позволяют выделять внутри классов более узкие группы - подклассы, то есть проводить классификацию объек-тов в окружающем мире.

Классификация - распределение объектов на классы и подклассы на основании общих признаков.

Результаты классификации принято отображать в виде иерар-хической (древовидной) схемы. Общий вид такой схемы изобра-жен на рисунке 9.1. Внешне схема классификации напоминает перевернутое дере-во, за что и получила название иерархической (древовидной). Пунктирными линиями на схеме выделены уровни иерархии. Самый верхний уровень (корень дерева) задает основные призна-ки, позволяющие отличить объекты данного класса от других. Каждый следующий нижестоящий уровень выделяет из выше-стоящего группы объектов на основании совпадения одного или нескольких признаков. На нижнем уровне располагаются кон-кретные экземпляры выделенных подклассов. С подобными схемами вы, возможно, уже встречались при изу-чении биологии, истории и других предметов.

Рис. 9.1. Общий вид иерархической схемы

В виде такой схемы часто изображают родословную1. Ее при-нято называть генеалогическим древом. 9.2. Основание классификации С известными примерами классификации вы уже знакомы. На-пример, в биологии это классификация растений и животных. С глубокой древности люди, знакомясь с многообразием форм жизни на Земле, стремились распределить это многообразие по группам. Так сложилась естественная классификация, основан-ная на наблюдении и группировке по некоторым признакам. Идеи, изложенные в книге К. Линнея «Виды растений», издан-ной в 1753 году, до сих пор служат исходной точкой при классификации растений. С того времени используется и двойное на-звание растений: первая часть имени указывает на подкласс (се-мейство), а вторая - на конкретные особенности экземпляра этого подкласса. Например, название Citrus limon указывает, что речь идет о семействе цитрусовых, а конкретно - о лимон-ном дереве. Классификации поддаются не только природные, но и искус-ственные объекты: в грамматике принято разделение слов по частям речи, в физике - классификация видов движения, в ма-тематике - классификация чисел. В их основе лежит группи-ровка объектов по одному или нескольким намеренно выбран-ным признакам. В разных отраслях науки и техники классы и подклассы могут иметь свои специфические названия: виды, се-мейства, отделы, разряды, группы и т. п. При этом суть их не меняется. Рассмотрим объект «книга». Под этим словом мы подразуме-ваем множество разнообразных книг: художественных и техни-ческих, разных авторов, разной стоимости, толстых и тонких, в подарочном издании и в мягкой обложке... А теперь представьте, что вам необходимо разложить все это многообразие «по полочкам» в буквальном смысле слова, например упорядочить свою библиотеку. Каждый подойдет к этому вопросу по-разному. Один человек расставит все книги в алфавитном порядке, по фамилии автора. Другой разделит их на жанры: детективы, фантастика, приклю-чения, любовные или исторические романы. Третий поместит их на полки, руководствуясь цветом переплета и размером книг (наверняка вы сталкивались и с таким подходом). Несмотря на разницу в способах классификации, все эти примеры роднит не-что общее: подразделение объектов на «родственные» группы (классы), для которых существует один или несколько общих параметров. Во всех приведенных примерах при группировке был выбран общий признак: в первом случае это автор, во втором - жанр, в третьем - цвет и размер. Именно по этим признакам затем производилось выделение из общей массы тех объектов, у кото-рых его значение совпадает. Таких общих признаков может быть несколько. Они являются основанием классификации. Вы-брав основание, из класса с общим названием «книга» можно выделить подклассы: «книга определенного автора», «книга оп-ределенного жанра», «книга определенного размера».

1 Родословная - перечень поколений одного рода, устанавливающий происхождение и степени родства.

Классификация - творческий процесс, поэтому у каждого человека может получиться своя схема. Один из возможных ва-риантов выделения подклассов из класса книг показан на рисун-ке 9.2.

Рис. 9.2 . Классификация книг

На первом уровне за основу разбиения книг на две группы выбран признак «вымысел» (да, нет). По этому признаку про-изошло разделение на художественную и техническую литера-туру. На втором уровне признак выделения подклассов можно было бы назвать «форма подачи информации» (художественная про-за, поэзия, словари и т. д.). Третий уровень разбиения можно охарактеризовать призна-ком «стиль изложения». Четвертый уровень классификации выделен только для рома-нов, чтобы не загромождать схему. Признаком этого уровня вы-бран «жанр». На самом нижнем уровне находятся конкретные экземпляры разнообразных книг. 9.3. Наследование свойств Важнейшим свойством классов является наследование. Это слово вам хорошо знакомо. Дети наследуют от родителей черты харак-тера и внешние признаки. Каждый подкласс, выделяющийся из класса, наследует свойства и действия, присущие этому классу. В приведенном на рисунке 9.2 примере и роман Д. С. Мережков-ского, и все другие изданные романы, и вся художественная ли-тература вообще - наследуют от класса «книга» общие свойства и действия. Все они напечатаны на бумаге, переплетены и пред-назначены для чтения. Из приведенной выше классификации видно, что образова-лась иерархическая структура (дерево). Во главе ее класс-пра-родитель - «книга». В самом основании экземпляры подклас-сов - конкретные книги конкретных авторов. Такая древовидная структура с общим корнем называется «иерархией наследования». Характеристики и поведение, свя-занные с экземплярами определенного класса, становятся до-ступны любому классу, расположенному ниже в иерархическом дереве. Утверждая, что «книга - источник знаний», вы подразуме-ваете как все книги вообще, так и конкретную книгу, например «О вкусной и здоровой пище». В этом проявляется наследова-ние. Для чего же нужна классификация?

Классификация позволяет выделить из всего многообразия объектов группы с интересующими исследователя свойст-вами и сосредоточиться на их изучении.

Предположим, что вы - неопытный огородник, но хотите, используя достижения науки, выращивать на своем участке хо-рошие урожаи помидоров. Вам незачем штудировать толстый том «Растениеводство», достаточно прочесть книги о семействе пасленовых, а еще лучше - об особенностях выращивания по-мидоров в вашей местности.

Классификация объектов проводится с целью установления наследственных связей между объектами. Свойство насле-дования позволяет изучать характеристики всех объектов класса, не привязываясь к конкретному экземпляру.

В геологии существует «теория единообразных изменений», которая гласит, что все природные факторы действуют повсюду одинаково. Не надо изучать, как действуют ветры на Уральские горы, так как механизм разрушения гор под воздействием вет-ров давно исследован, он един для всех случаев. То же относится к землетрясениям, вулканам, наводнениям, селям и т. п.

Классификация позволяет систематизировать знания об объектах любой природы и назначения.

Иллюстрацией этого утверждения служит то, что нет ни од-ной школьной дисциплины, в которой не использовалась бы классификация объектов изучения как средство обобщения ин-формации, получаемой на уроках. Откройте любой учебник и убе-дитесь в этом. 9.4. Примеры классификации различных объектов Исследуя один и тот же объект с разными целями, можно уви-деть его различные грани. Например, врач, описывая конкретно-го человека, сделает акцент на симптомах возможной болезни. Психолога заинтересуют черты характера и особенности психи-ки. Социальные службы обратят внимание на возраст, наличие родственников, условия жизни. Поэтому одни и те же объекты можно классифицировать по-разному, выбрав те или иные осно-вания. Вы уже столкнулись в учебнике с примерами различных классификаций. Например, изучая раздел 1, вы классифицируе-те информацию по разным признакам: по способу восприятия и по форме представления. На рисунке 9.3 приведен еще один пример классификации информации - по содержанию. Главная > Документ

Таблица 8.12. Описание системы ТОРГОВОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ

Объект	Параметры	Действия
ТОРГОВОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ	Профиль (чем торгует) Вид торговли (опт, розница) Торговая наценка	Получать прибыль

Между элементами системы существует множество отношений. Это, в первую очередь, пространственные отношения (все элемен-ты должны присутствовать в магазине) и временные отношения (магазин устанавливает режим работы, который удобен покупате-лю и обязателен для продавца). Чтобы покупка могла состояться, в магазине должен присутствовать тот товар, который интересует покупателя, пользуется спросом. Цена товара должна быть прием-лемой, а ассортимент - достаточно широким, чтобы было из чего выбрать. С прибылью торгового предприятия связана зарплата продавца. С другой стороны, сама прибыль возможна только при активных продажах, то есть зависит от покупательной способности клиента, а также от опыта и энергичности продавца. Это далеко не все связи, которые существуют в системе. На рисунке 8.3 приведена схема наи-более очевидных отношений и связей, имеющих место в торговом предприятии.Таблица 8.13. Информационные модели элементов системы ТОРГОВОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ

Объект	Параметры	Действия
МАГАЗИН	Режим работы Выручка	Открывать Закрывать Продавать
ТОВАР	Вид товараЦенаКачество	Поставлять Предлагать Выбирать
ПРОДАВЕЦ	Параметры, характеризующие профессионализм: образование, опыт, личные качества	Выслушивать покупателя Помогать в выборе нужного товара Упаковывать товар
ПОКУПАТЕЛЬ	Наличные средства Желание совершать покупки	Выбирать товар Расплачиваться с продавцом

Рис. 8.3. Схема связей и отношений в системе ТОРГОВОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ

сложный объект (система) рассматривается в виде набора бо-лее простых элементов (объектов); для каждого элемента определяется роль, которую он вы-полняет в системе; определяются отношения между элементами; устанавливается влияние параметров каждого элемента (объ-екта) на поведение системы в целом. Чем тщательней проводился анализ системы, тем точнее ока-жется полученная модель. Но модель должна отображать харак-теристики системы лишь с необходимой степенью точности. Эта точность определяется целью и подразумевает осмысленный отбор необходимых черт, которые будет отражать модель. Слиш-ком большое количество одновременно моделируемых свойств может завести исследователя в тупик. Во-первых, это сильно усложнит задачу составления модели. Во-вторых, необходимо представлять, как полученные сведения будут использоваться в дальнейшем, сможет ли исследователь осмыслить, «переварить» это обилие информации. В данном случае уместно вспомнить из-речение Козьмы Пруткова: «Никто не обнимет необъятного». В заключение следует заметить, что для всестороннего изуче-ния системы требуется множество разных моделей. Но, как пра-вило, конкретного исследователя интересует какая-то одна сто-рона системы. Поэтому важно с самого начала определить цель исследования конкретной системы и только затем приступать к созданию ее модели.Контрольные вопросы и задания

Приведите примеры пространственных отношений между объектами. Какими сравнительными характеристиками мож-но описать пространственные отношения? Приведите примеры временных отношений между объекта-ми. Какими сравнительными характеристиками можно опи-сать временные отношения? Приведите примеры отношений части и целого между объек-тами. Какими сравнительными характеристиками можно описать отношения части и целого? Составьте таблицу отношений однотипных объектов «това-ры». Какая связь существует между лампой и электрической ро-зеткой? В чем она проявляется? Какая связь существует между водопроводным краном и во-дой, протекающей по трубе? В чем она проявляется? Когда два человека беседуют, существует ли связь между ними? Почему? Приведите примеры географических связей. Когда объект можно назвать системой? Приведите примеры систем. Можно ли назвать объект «ножницы» системой? Обоснуйте свой ответ. Из каких объектов состоит система «очки»? Как связаны ме-жду собой эти объекты? Придумайте системы, которые можно построить из объектов «доски», «гвозди»? Назовите характеристики системы в целом и ее составляю-щих (свойства, действия) для объектов «стол»; «класс уча-щихся». Составьте информационные модели систем «классная комна-та»; «садовый участок».

Тема 9 Основы классификации (объектов)

Изучив эту тему, вы узнаете:

что такое классы и подклассы;

что такое основание для классификации;

что такое наследование свойств;

для чего нужна классификация;

как проводить классификацию разнообразных объектов;

как классифицируются компьютерные документы.

Класс - группа объектов с одинаковым набором характеристик.

Классификация - распределение объектов на классы и подклассы на основании общих признаков.

Рис. 9.1. Общий вид иерархической схемы

1 Родословная - перечень поколений одного рода, устанавливающий происхождение и степени родства.

Рис. 9.2 . Классификация книг

Классификация позволяет систематизировать знания об объектах любой природы и назначения.

Рис. 9.3. Классификация информации по содержанию

В этой классификации на основании признака «содержание» на первом уровне выделены следующие группы информации:

общественных движений

Все выделенные подклассы характеризуются теми же свойст-вами (ясность, полнота, актуальность и т. п.) и действиями (об-мен, хранение, обработка), что и вышестоящий класс «информа-ция». Приведем еще один пример классификации, касающейся наи-более значимых систем (рисунок 9.4). В качестве основания для классификации на первом уровне выбрано участие человека в создании системы (естественные и ис-кусственные). На втором уровне основанием для классификации был вы-бран признак «сфера жизнедеятельности человека». Здесь выде-лены такие подклассы систем:

духовные, касающиеся духовной жизни человека; технологические, связанные с производственной деятельно-стью человека; организационные, обеспечивающие обслуживание всех ви-дов деятельности.

Рис. 9.4. Классификация наиболее значимых систем

На схеме не показано дальнейшее разветвление дерева, так как это сделало бы рисунок громоздким. Но подразумевается, что дальнейшее выделение подклассов возможно. Например, рас-сматривая класс систем, называемых «Искусство», можно было выделить следующие подклассы по средствам воплощения за-мыслов авторов: Живопись, Скульптура, Архитектура, Литера-тура, Театр, Музыка, Кино и т. д. Наряду с устоявшимися и общепризнанными классифика-циями имеет право существовать любая классификация объек-тов, если за ее основу взят характерный признак и соблюдены правила выделения классов и подклассов. На рисунке 9.5 при-веден пример классификации используемых в реальной жизни и встречающихся в сказках средств передвижения. Здесь на нулевом уровне расположен класс объектов с общим названием «средства передвижения». На первом уровне выделено два подкласса по признаку «ре-альность» (существуют в реальной жизни или в сказках, фанта-зиях).

Рис. 9.5. Классификация средств передвижения

Второй уровень выделяет из реальных и сказочных средств пе-редвижения новые подгруппы по признаку «среда передвижения». Третий уровень делит реальные средства передвижения на подгруппы по признаку «вид транспортного средства». На схеме не указано выделение подгрупп из реальных наземных средств передвижения, чтобы не загромождать ее. Но эти группы могли быть следующими: рельсовые, дорожные. Возможно и дальней-шее подразделение. Важно понять, что нижние уровни наследу-ют все характерные признаки, свойственные более высоким уров-ням: например, объект Ка-26, принадлежащий к подклассу вер-толетов, наследует от вышестоящего уровня среду перемещения (воздух), а также является реальным средством передвижения со всеми сопутствующими признаками (существует в реальной жизни, осуществляет перевозки людей и грузов). 9.5. Классификация компьютерных документов В самом общем смысле компьютер можно назвать инструмен-том для обработки информации. Для этого существует множест-во разнообразных программных сред. Разработчики постоянносовершенствуют программы, упрощая работу с ними и преду-сматривая в них новые возможности. Чтобы не «утонуть» в море программных продуктов, пользо-ватель очень хорошо должен представлять, с какой информаци-ей ему предстоит работать. Каждая программная среда предна-значена для создания документов определенного вида. На практических занятиях вы уже познакомились со многи-ми видами компьютерных документов, которые будут упоми-наться при классификации документов. Приведенная на рисунке 9.6 схема показывает классифика-цию, в которой в качестве основания выбран признак «назна-чение документа». Основным назначением компьютерных доку-ментов является представление информации в удобном для поль-зователя виде. В таблице 9.1 дана более конкретная характери-стика каждого класса документов.

Рис. 9.6. Классификация компьютерных документов

Обратите внимание, что название среды, как правило, совпа-дает с видом документа и формой представленной в нем инфор-мации. Приведенная классификация поможет вам выбрать среду в со-ответствии с предполагаемой формой представления информа-ции. В настоящее время документы, используемые в различных об-ластях человеческой деятельности, создаются на компьютере. Рас-смотрим примеры документов различного назначения и сферы применения. Литературное произведение, газетная статья, приказ - при-меры текстовых документов. Рисунки, чертежи, схемы - это графические документы.

ОУ : МБОУ Гимназия №1 г.Липецка

Учитель : Попова Людмила Вячеславовна

Тема : «Представление о системе объектов» (слайд 1)

Тип урока : изучение нового материала

Цели:

Дать определение отношения, связи и взаимодействия объектов;

Узнать что такое система;

Познакомиться с основными отношениями между объектов, видами связей и разобрать примеры;

Задачи:

Развивающие:

развивать мировоззрение (т.е. способствовать формированию взглядов на окружающий мир);

продолжать способствовать развитию ИКТ – компетентности;

Воспитательные:

воспитывать личностные качества:

активность,

самостоятельность,

аккуратность,

взаимовежливость.

План урока:

Организационный момент (1 мин.).

Постановка цели и формулировка задач урока (2 мин.).

Проверка домашнего задания (3мин.).

Изучение нового материала (17 мин).

Закрепление изученного материала (12 мин.).

Рефлексия (2 мин.).

Домашнее задание (2 мин.).

Итог урока (1 мин.).

Ход урока

Организационный момент.

Приветствие, проверка готовности учащихся к уроку.

Постановка цели и формулировка задач урока.

Сегодня на уроке мы с вами изучим отношения между объектами, связи объектов, их основные виды, узнаем понятие системы, рассмотрим основные признаки системы. Поговорим подробно о связях и отношениях и приведем многочисленные примеры. (слайд 2)

Проверка домашнего задания.

Учитель после поставленных целей и задач просит учащихся ответить домашнее задание у доски, один ученик отвечает, все остальные слушают и задают вопросы.

Изучение нового материала.

Как мы уже знаем, каждый объект характеризуется именем и некоторым набором параметров и действий, которые выделяют его из окружающего мира. Мир представляет собой разнообразие объектов, процессов, явлений. Какое место занимает в нем каждый объект, какова его роль?

Чтобы ответить на эти вопросы, попытаемся сравнить объекты друг с другом. Сравнение объектов по каким-либо признакам позволяет установить разнообразные отношения между ними. Наиболее распространенными являются: (слайд 3)

Пространственные отношения, характеризующие расположение в пространстве одного объекта по отношению к другому;

Временные отношения, которые сравнивают время наступления событий, связанных с разными объектами;

Отношения части и целого, устанавливающие, что один объект является частью другого;

Отношения формы и содержания, сравнивающие объекты по форме и (или) содержанию;

Математические отношения, которые позволяют сравнивать математические объекты (числа, значения переменных, выражений);

Общественные отношения, характеризующие взаимоотношения между людьми.

Все объекты, которые можно каким-то образом сравнить, находятся в отношениях.

Пример 1. Рассмотрим расположение предметов в комнате. В центре стоит стол. Вокруг стола – стулья. На столе – ваза с цветами. У правой стены книжные стеллажи, напротив – диван. Рядом с диваном – пианино. Около окна – кресло. Слова «в центре», «вокруг», «на», «у», «напротив», «рядом», «около» - это сравнительные характеристики, отражающие пространственные отношения перечисленных объектов.

В таблице приведены примеры пространственных отношений, возникающих между объектами. (слайд 4)

Объекты

Примеры отношений

Сравнительная характеристика

Города

Москва ближе к Казани, чем к Томску

Самолет, географический объект

Самолет ИЛ-62 пролетает над Черным морем

Выше (над), ниже (под)

Дом, сад

Вокруг дома творчества писателей раскинулся яблоневый сад

Справа, слева, за, на, у, напротив, перед, вокруг

Растения, грядки

При посадке картофеля расстояние между растениями в ряду 50 см, между рядами – 70 см

Расстояние

Пример 2. Восход солнца во Владивостоке наблюдается раньше, чем в Петербурге. Слово «раньше» в данном примере является сравнительной характеристикой, отражающей временное отношение одного и того же события для разных объектов.

В таблице приведены примеры временных отношений между объектами. (слайд 5)

Объекты

Примеры отношений

Сравнительная характеристика

Месяцы в году

Март приходит на смену февралю

Раньше, позже, за, перед

Люди

Иван старше Татьяны на 5 лет

Старше, младше

Природные объекты

После дождя выглянуло солнце

До, после

Географические объекты

От деревни Усатовки до районного центра 40 минут езды на пригородном автобусе

Длительность по времени

Очень часто объект состоит из нескольких составных частей. Например, дом состоит из фундамента, стен, крыши. Отношения между объектом и его составными частями получили название отношений «части и целого» (слайд 6)

Объекты

Примеры отношений

Сравнительная характеристика

Объекты разной природы

Колесо – часть машины

Припев – часть песни

Корни, стебель, листья, цветок – части растения

Сотрудник – часть коллектива

Одно – часть другого

Поскольку многие объекты имеют четко выраженную форму, то их можно сравнивать по этому признаку. Бублик и колесо имеют похожую форму, а бублик и кубик – разную.

Приведем примеры сравнения отношения объектов по форме и содержанию. (слайд 7)

Объекты

Примеры отношений

Сравнительная характеристика

Жидкость, сосуд

Вода, налитая в стакан, принимает его форму

Сравнение по форме

Пироги, начинка

Бабушка напекла пирожков с разной начинкой

Сравнение по содержанию

Книги

Книги имеют разный объем и разное содержание

Сравнение по форме и содержанию

Вам хорошо знакомы математические отношения между числами и переменными.

Приведем примеры математических отношений (слайд 8)

Объекты

Примеры отношений

Сравнительная характеристика

Числа, переменные

5 >3;

5^2*2^2=100

A=5,7;

Больше, меньше, равно, не равно, больше или равно, меньше или равно

Зависимость, равноправие, партнерство, дружба, вражда, любовь, доверие, уважение – все это характеристики общественных отношений, связывающие людей, организации и страны. Примерами общественных отношений могут служить отношения между учителем и учеником, родителями и детьми, продавцом и покупателем, дипломатические связи между странами.

Приведем пример отношений между предприятиями города (слайд 9)

Название

Адрес

Телефон

Вид деятельности

Антилопа Гну

Березовая ул., 36

156-18-18

Автосервис

Лингва

Железнодорожная ул., 14/8

271-34-00

Обучение

1000 мелочей

Оптимистов пр., 5

561-98-16

Торговля

Вы знаете, что объекты окружающего мира кроме параметров характеризуются действиями. В результате проявления деятельности объектов может изменяться их состояние. Например, прием пищи восстанавливает такие параметры человека, как сила, бодрость, трудоспособность. Горение дров в камине изменяет температуру воздуха. Одновременно изменяется и состояние самих дров – они превращаются в золу.

До сих пор, говоря об отношениях между объектами, мы не учитывали тот факт, что сравниваемые параметры могут изменяться.

Рассмотрим схему колодца. Рукоять ворота и ведро находятся в пространственном отношении, которое может быть определено длиной свисающей веревки. Это отношение таково, что при изменении угла поворота рукояти изменяется длина свисающей части веревки и положение ведра в колодце. Похожие отношения существуют между велосипедным колесом и педалями, между часовыми стрелками и механизмом, расположенным в корпусе часов. Такие отношения называются механическими связями.

Рассмотрим примеры других связей. (слайд 10)

Существует связь между счетчиком электроэнергии, имеющимся в каждой квартире, и бытовыми электроприборами. Включение каждого прибора в сеть увеличивает потребление электричества, а соответственно, и скорость вращения счетчика. Это пример электромеханической связи – электричество преобразуется в механическое вращение.

Между учениками и учителями существуют межличностные связи: под влиянием учителей изменяются знания и кругозор учащихся, но и ученики влияют на учителей, изменяя их взгляды на многие вопросы.

Можно обнаружить связи между географическими объектами, например между городом и деревней. Прежде всего это дорога, соединяющая данные населенные пункты. Дорогу, тропинку, реку можно назвать географической связью. Кроме того, в деревне производятся продукты питания, потребителями которых становятся горожане. В свою очередь, городские жители создают на своих предприятиях орудия для сельскохозяйственных работ (тракторы, комбайны, а также предметы бытового назначения (одежду, мебель, телевизоры), необходимые сельским жителям. Таким образом, город и деревня испытывают взаимное влияние. Налицо экономическая связь, осуществляемая через торговлю.

От расположения лесных массивов зависят многие природные параметры (почва, флора, фауна), поэтому бесконтрольная вырубка леса может губительно сказаться на состоянии местности. Это пример экологической связи.

Связь – это отношение между объектами, когда изменение параметров одного объекта приводит к изменению параметров другого объекта. (слайд 11)

Когда объект рассматривают как совокупность взаимодействующих между собой составных частей, то его называют системой. (слайд 12)

Входящие в состав системы объекты называются элементами.

Степень дробления системы на составляющие ее элементы определяется целью изучения.

Примеры систем (слайд 13)

Система

Разновидность

Объекты

Солнечная система

Планетарная

Солнце, Земля, Нептун, Плутон и др.

Школа

Организационная

Здание, оборудование, учителя, ученики

Компьютер

Техническая

Системный блок, клавиатура, монитор, программное обеспечение

Система счисления

Знаковая

Символы, цифры

Аквариум

Биологическая

Стеклянная емкость вода, водоросли, камни, рыбки, улитки

Действия отдельных элементов обеспечивают работоспособность всей системы. (слайд 14)

Закрепление изученного материала. (слайд 9)

Вопросы: (слайд 15)

Рефлексия.

Ребята, а теперь давайте с вами вернемся в начало урока и еще раз вспомним, что мы с вами сегодня узнали нового. (Учащиеся по одному отвечают с места).

Домашнее задание. (слайд 16)

Выучить записи в тетради, придумайте по 8 систем и опишите объекты, входящие в системы.

Итог урока. Всем спасибо за урок, до свидания! (слайд 17)

Рис. 8.3. Схема связей и отношений в системе ТОРГОВОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ

Рассмотренные в качестве примеров модели отображают достаточно простые системы. Чем сложнее система, тем труднее ее исследовать и строить модель. Такая задача не каждому по силам. Поэтому построением моделей сложных систем обычно занимаются специалисты высокой квалификации. Про таких специалистов говорят, что они обладают системным мышлением, навыками системного подхода.

Системный подход применяется в любой области знания, особенно при изучении сложных систем. В этой теме вы познакомились с его основами на примерах из повседневной жизни. Коротко суть системного подхода можно отобразить в виде этапов анализа:

сложный объект (система) рассматривается в виде набора более простых элементов (объектов);
для каждого элемента определяется роль, которую он выполняет в системе;
определяются отношения между элементами;
устанавливается влияние параметров каждого элемента (объекта) на поведение системы в целом.

Чем тщательней проводился анализ системы, тем точнее окажется полученная модель. Но модель должна отображать характеристики системы лишь с необходимой степенью точности. Эта точность определяется целью и подразумевает осмысленный отбор необходимых черт, которые будет отражать модель. Слишком большое количество одновременно моделируемых свойств может завести исследователя в тупик. Во-первых, это сильно усложнит задачу составления модели. Во-вторых, необходимо представлять, как полученные сведения будут использоваться в дальнейшем, сможет ли исследователь осмыслить, «переварить» это обилие информации. В данном случае уместно вспомнить изречение Козьмы Пруткова: «Никто не обнимет необъятного».

В заключение следует заметить, что для всестороннего изучения системы требуется множество разных моделей. Но, как правило, конкретного исследователя интересует какая-то одна сторона системы. Поэтому важно с самого начала определить цель исследования конкретной системы и только затем приступать к созданию ее модели.

Контрольные вопросы и задания

Приведите примеры пространственных отношений между объектами. Какими сравнительными характеристиками можно описать пространственные отношения?
Приведите примеры временных отношений между объектами. Какими сравнительными характеристиками можно описать временные отношения?
Приведите примеры отношений части и целого между объектами. Какими сравнительными характеристиками можно описать отношения части и целого?
Составьте таблицу отношений однотипных объектов «товары».
Какая связь существует между лампой и электрической розеткой? В чем она проявляется?
Какая связь существует между водопроводным краном и водой, протекающей по трубе? В чем она проявляется?
Когда два человека беседуют, существует ли связь между ними? Почему?
Приведите примеры географических связей.
Когда объект можно назвать системой? Приведите примеры систем.
Можно ли назвать объект «ножницы» системой? Обоснуйте свой ответ.
Из каких объектов состоит система «очки»? Как связаны между собой эти объекты?
Придумайте системы, которые можно построить из объектов «доски», «гвозди»?
Назовите характеристики системы в целом и ее составляющих (свойства, действия) для объектов «стол»; «класс учащихся».
Составьте информационные модели систем «классная комната»; «садовый участок».

Тема 9 Основы классификации (объектов)

Изучив эту тему, вы узнаете:

что такое классы и подклассы;
что такое основание для классификации;
что такое наследование свойств;
для чего нужна классификация;
как проводить классификацию разнообразных объектов;
как классифицируются компьютерные документы.

9.1. Классы и классификация

Человеку присуща способность обобщать и упорядочивать все многообразие объектов. Каждое имя существительное отражает представление человека об обширной группе объектов: дом, стол, книга. Объекты одной группы обладают общими для всей группы характеристиками, а также некоторыми чертами, позволяющими отличить их от других объектов.

Человеку свойственно отождествлять несколько объектов, родственных по какому-то признаку, рассматривая их как самостоятельный объект.

Например, про скрипку, виолончель, альт, контрабас, флейту, гобой, фагот, трубу мы говорим, что это «музыкальные инструменты». Видя на столе чашки, блюдца, сахарницу, чайник, называем это общим словом «посуда». У этих групп объектов существуют некоторые общие свойства, на них можно одинаково воздействовать для получения определенного результата. Обычно они существуют в одной среде. Такие группы объектов получили название «класс».

Класс - группа объектов с одинаковым набором характеристик.

Объекты, входящие в класс, называются экземплярами класса. Необходимо понять, что объекты, которые вы по каким-то параметрам объединили в класс с общим названием, отличаются друг от друга конкретными значениями параметров. Например, мячи, сохраняя основные свойства данного класса объектов (легкость, упругость), могут различаться материалом (каучуковые, резиновые, кожаные), цветом, размером. Птицами называют орла и курицу, страуса и колибри. Даже внутри узкого класса экземпляры могут сильно различаться: среди крылатых насекомых под названием «пчелы» существует матки, трутни, рабочие пчелы. В этом проявляется важное свойство классов - многообразие экземпляров, входящих в класс. Эти различия позволяют выделять внутри классов более узкие группы - подклассы, то есть проводить классификацию объектов в окружающем мире.

Классификация - распределение объектов на классы и подклассы на основании общих признаков.

Результаты классификации принято отображать в виде иерархической (древовидной) схемы. Общий вид такой схемы изображен на рисунке 9.1.

Внешне схема классификации напоминает перевернутое дерево, за что и получила название иерархической (древовидной). Пунктирными линиями на схеме выделены уровни иерархии. Самый верхний уровень (корень дерева) задает основные признаки, позволяющие отличить объекты данного класса от других. Каждый следующий нижестоящий уровень выделяет из вышестоящего группы объектов на основании совпадения одного или нескольких признаков. На нижнем уровне располагаются конкретные экземпляры выделенных подклассов.

С подобными схемами вы, возможно, уже встречались при изучении биологии, истории и других предметов.

Рис. 9.1. Общий вид иерархической схемы

В виде такой схемы часто изображают родословную1. Ее принято называть генеалогическим древом.

9.2. Основание классификации

С известными примерами классификации вы уже знакомы. Например, в биологии это классификация растений и животных. С глубокой древности люди, знакомясь с многообразием форм жизни на Земле, стремились распределить это многообразие по группам. Так сложилась естественная классификация, основанная на наблюдении и группировке по некоторым признакам. Идеи, изложенные в книге К. Линнея «Виды растений», изданной в 1753 году, до сих пор служат исходной точкой при классификации растений. С того времени используется и двойное название растений: первая часть имени указывает на подкласс (семейство), а вторая - на конкретные особенности экземпляра этого подкласса. Например, название Citrus limon указывает, что речь идет о семействе цитрусовых, а конкретно - о лимонном дереве.

Классификации поддаются не только природные, но и искусственные объекты: в грамматике принято разделение слов по частям речи, в физике - классификация видов движения, в математике - классификация чисел. В их основе лежит группировка объектов по одному или нескольким намеренно выбранным признакам. В разных отраслях науки и техники классы и подклассы могут иметь свои специфические названия: виды, семейства, отделы, разряды, группы и т. п. При этом суть их не меняется.

Рассмотрим объект «книга». Под этим словом мы подразумеваем множество разнообразных книг: художественных и технических, разных авторов, разной стоимости, толстых и тонких, в подарочном издании и в мягкой обложке...

А теперь представьте, что вам необходимо разложить все это многообразие «по полочкам» в буквальном смысле слова, например упорядочить свою библиотеку.

Каждый подойдет к этому вопросу по-разному. Один человек расставит все книги в алфавитном порядке, по фамилии автора. Другой разделит их на жанры: детективы, фантастика, приключения, любовные или исторические романы. Третий поместит их на полки, руководствуясь цветом переплета и размером книг (наверняка вы сталкивались и с таким подходом). Несмотря на разницу в способах классификации, все эти примеры роднит нечто общее: подразделение объектов на «родственные» группы (классы), для которых существует один или несколько общих параметров.

Во всех приведенных примерах при группировке был выбран общий признак: в первом случае это автор, во втором - жанр, в третьем - цвет и размер. Именно по этим признакам затем производилось выделение из общей массы тех объектов, у которых его значение совпадает. Таких общих признаков может быть несколько. Они являются основанием классификации. Выбрав основание, из класса с общим названием «книга» можно выделить подклассы: «книга определенного автора», «книга определенного жанра», «книга определенного размера».

1 Родословная - перечень поколений одного рода, устанавливающий происхождение и степени родства.

Классификация - творческий процесс, поэтому у каждого человека может получиться своя схема. Один из возможных вариантов выделения подклассов из класса книг показан на рисунке 9.2.

Рис. 9.2 . Классификация книг

На первом уровне за основу разбиения книг на две группы выбран признак «вымысел» (да, нет). По этому признаку произошло разделение на художественную и техническую литературу.

На втором уровне признак выделения подклассов можно было бы назвать «форма подачи информации» (художественная проза, поэзия, словари и т. д.).

Третий уровень разбиения можно охарактеризовать признаком «стиль изложения».

Четвертый уровень классификации выделен только для романов, чтобы не загромождать схему. Признаком этого уровня выбран «жанр».

На самом нижнем уровне находятся конкретные экземпляры разнообразных книг.

9.3. Наследование свойств

Важнейшим свойством классов является наследование. Это слово вам хорошо знакомо. Дети наследуют от родителей черты характера и внешние признаки. Каждый подкласс, выделяющийся из класса, наследует свойства и действия, присущие этому классу. В приведенном на рисунке 9.2 примере и роман Д. С. Мережковского, и все другие изданные романы, и вся художественная литература вообще - наследуют от класса «книга» общие свойства и действия. Все они напечатаны на бумаге, переплетены и предназначены для чтения.

Из приведенной выше классификации видно, что образовалась иерархическая структура (дерево). Во главе ее класс-прародитель - «книга». В самом основании экземпляры подклассов - конкретные книги конкретных авторов.

Такая древовидная структура с общим корнем называется «иерархией наследования». Характеристики и поведение, связанные с экземплярами определенного класса, становятся доступны любому классу, расположенному ниже в иерархическом дереве.

Утверждая, что «книга - источник знаний», вы подразумеваете как все книги вообще, так и конкретную книгу, например «О вкусной и здоровой пище». В этом проявляется наследование.

Для чего же нужна классификация?

Классификация позволяет выделить из всего многообразия объектов группы с интересующими исследователя свойствами и сосредоточиться на их изучении.

Предположим, что вы - неопытный огородник, но хотите, используя достижения науки, выращивать на своем участке хорошие урожаи помидоров. Вам незачем штудировать толстый том «Растениеводство», достаточно прочесть книги о семействе пасленовых, а еще лучше - об особенностях выращивания помидоров в вашей местности.

Классификация объектов проводится с целью установления наследственных связей между объектами. Свойство наследования позволяет изучать характеристики всех объектов класса, не привязываясь к конкретному экземпляру.

В геологии существует «теория единообразных изменений», которая гласит, что все природные факторы действуют повсюду одинаково. Не надо изучать, как действуют ветры на Уральские горы, так как механизм разрушения гор под воздействием ветров давно исследован, он един для всех случаев. То же относится к землетрясениям, вулканам, наводнениям, селям и т. п.

Классификация позволяет систематизировать знания об объектах любой природы и назначения.

Иллюстрацией этого утверждения служит то, что нет ни одной школьной дисциплины, в которой не использовалась бы классификация объектов изучения как средство обобщения информации, получаемой на уроках. Откройте любой учебник и убедитесь в этом.

9.4. Примеры классификации различных объектов

Исследуя один и тот же объект с разными целями, можно увидеть его различные грани. Например, врач, описывая конкретного человека, сделает акцент на симптомах возможной болезни. Психолога заинтересуют черты характера и особенности психики. Социальные службы обратят внимание на возраст, наличие родственников, условия жизни. Поэтому одни и те же объекты можно классифицировать по-разному, выбрав те или иные основания. Вы уже столкнулись в учебнике с примерами различных

Классификаций. Например, изучая раздел 1, вы классифицируете информацию по разным признакам: по способу восприятия и по форме представления.

На рисунке 9.3 приведен еще один пример классификации информации - по содержанию.

Рис. 9.3. Классификация информации по содержанию

статистическая - показатели развития производства и общества;
коммерческая - наиболее важные сведения о производственных, торговых и финансовых операциях;
экологическая - сведения о состоянии окружающей среды и влиянии деятельности человека на природу;
политическая - информация о деятельности государственной власти, общественных движений и партий;
другая (демографическая, медицинская и т. д.).

Все выделенные подклассы характеризуются теми же свойствами (ясность, полнота, актуальность и т. п.) и действиями (обмен, хранение, обработка), что и вышестоящий класс «информация».

Приведем еще один пример классификации, касающейся наиболее значимых систем (рисунок 9.4).

В качестве основания для классификации на первом уровне выбрано участие человека в создании системы (естественные и искусственные).

На втором уровне основанием для классификации был выбран признак «сфера жизнедеятельности человека». Здесь выделены такие подклассы систем:

духовные, касающиеся духовной жизни человека;
технологические, связанные с производственной деятельностью человека;
организационные, обеспечивающие обслуживание всех видов деятельности.

Рис. 9.4. Классификация наиболее значимых систем

Наряду с устоявшимися и общепризнанными классификациями имеет право существовать любая классификация объектов, если за ее основу взят характерный признак и соблюдены правила выделения классов и подклассов. На рисунке 9.5 приведен пример классификации используемых в реальной жизни и встречающихся в сказках средств передвижения.

Здесь на нулевом уровне расположен класс объектов с общим названием «средства передвижения».

На первом уровне выделено два подкласса по признаку «реальность» (существуют в реальной жизни или в сказках, фантазиях).

Рис. 9.5. Классификация средств передвижения

Второй уровень выделяет из реальных и сказочных средств передвижения новые подгруппы по признаку «среда передвижения».

Третий уровень делит реальные средства передвижения на подгруппы по признаку «вид транспортного средства». На схеме не указано выделение подгрупп из реальных наземных средств передвижения, чтобы не загромождать ее. Но эти группы могли быть следующими: рельсовые, дорожные. Возможно и дальнейшее подразделение. Важно понять, что нижние уровни наследуют все характерные признаки, свойственные более высоким уровням: например, объект Ка-26, принадлежащий к подклассу вертолетов, наследует от вышестоящего уровня среду перемещения (воздух), а также является реальным средством передвижения со всеми сопутствующими признаками (существует в реальной жизни, осуществляет перевозки людей и грузов).

9.5. Классификация компьютерных документов

В самом общем смысле компьютер можно назвать инструментом для обработки информации. Для этого существует множество разнообразных программных сред. Разработчики постоянносовершенствуют программы, упрощая работу с ними и предусматривая в них новые возможности.

Чтобы не «утонуть» в море программных продуктов, пользователь очень хорошо должен представлять, с какой информацией ему предстоит работать. Каждая программная среда предназначена для создания документов определенного вида.

На практических занятиях вы уже познакомились со многими видами компьютерных документов, которые будут упоминаться при классификации документов.

Приведенная на рисунке 9.6 схема показывает классификацию, в которой в качестве основания выбран признак «назначение документа». Основным назначением компьютерных документов является представление информации в удобном для пользователя виде. В таблице 9.1 дана более конкретная характеристика каждого класса документов.

Рис. 9.6. Классификация компьютерных документов

Обратите внимание, что название среды, как правило, совпадает с видом документа и формой представленной в нем информации.

Приведенная классификация поможет вам выбрать среду в соответствии с предполагаемой формой представления информации.

В настоящее время документы, используемые в различных областях человеческой деятельности, создаются на компьютере. Рассмотрим примеры документов различного назначения и сферы применения.

Литературное произведение, газетная статья, приказ - примеры текстовых документов.

Рисунки, чертежи, схемы - это графические документы.

Таблица 9.1. Виды компьютерных документов

Вид документа	Форма представления информации	Объекты документа	Среда
ТЕКСТ	Символьная	Символ Предложение Страница Фрагмент текста Текст	Текстовый процессор или редактор
ГРАФИКА	Графическая (точечное изображение)	Пиксель Графический примитив Фрагмент рисунка Рисунок	Графический редактор
ТАБЛИЦА (Электронная таблица)	Табличная	Ячейка (клетка таблицы) Блок ячеек Таблица Диаграмма	Табличный процессор
БАЗА ДАННЫХ	Список или картотека	Элемент поля Экземпляр записи Совокупность База данных	Система управления базой данных (СУБД)
СОСТАВНОЙ ДОКУМЕНТ	Символьная Графическая Табличная Список или картотека и др.	Внедренные объекты разных сред: текст, графика, таблицы, формулы, фигурный текст, гипертекст, звук, видео и др.	Текстовый процессор Редактор презентаций Редактор web-страниц и др.

Бухгалтер на предприятии представляет в табличном виде данные для расчета зарплаты сотрудников. Основная особенность электронных таблиц состоит в том, что они позволяют не только представлять информацию в табличной форме, но и производить автоматические вычисления по формулам, связывающим ячейки таблицы.

Один из видов компьютерных документов - база данных. Она представляет собой совокупность упорядоченных сведений об объектах. В обычной жизни вы не раз встречались с базами данных. Это и картотека с названиями книг в библиотеке, и телефонный справочник, и каталог товаров. В настоящее время вместо обычных «бумажных» баз данных повсеместно создаются компьютерные, представленные документами соответствующего вида. Диспетчер справочной службы имеет в своем распоряжении всеобъемлющую компьютерную базу данных, позволяющую ответить на любой ваш вопрос. Система управления базой данных обеспечивает быстрый поиск интересующей вас информации.

Текст, графика, таблица, база данных - это примеры документов, в которых представлена информация какого-то одного вида.

Однако наиболее часто мы имеем дело с составными документами, в которых информация присутствует в разных формах. Такие документы могут содержать и текст, и формулы, и рисунки, и таблицы, и многое другое. Школьные учебники, журналы, газеты - это хорошо знакомые всем примеры составных документов.

Для создания составных документов используются программные среды, в которых предусмотрена возможность представлять информацию в разных формах.

Развитие программного обеспечения привело к тому, что в настоящее время появились новые виды компьютерных документов. В частности, это презентации и гипертекстовые документы.

Презентация представляет собой совокупность компьютерных слайдов. Специальная программа обеспечивает не только подготовку информации, но и показ ее по заранее созданному сценарию.

Гипертекст - это документ, который содержит так называемые гиперссылки на другие части документа или другие файлы, где содержится дополнительная информация.

Контрольные вопросы и задания

Для чего нужно классифицировать объекты?
Что лежит в основе любой классификации?
Приведите пример классификации объектов по общим свойствам.
Приведите пример классификации объектов по общим действиям.
Может ли среда существования» стать основанием классификации?
Произведите классификацию объектов с общим названием «велосипед».
Классифицируйте домашнюю посуду по следующим признакам: материал, назначение, долговечность.
Предложите несколько вариантов упорядочения (классификации) разнообразных объектов на вашем письменном столе.
Назовите основание, по которому в одну группу могли бы попасть следующие объекты:
- кенгуру, утконос, кролик, броненосец;
- роза, колесо, футбольные бутсы, кактус;
- молоко, бензин, кислота, магма.
Назовите разнородные объекты окружающего мира, которые вошли бы в одну группу по основанию «одно вещество».
Какие классификации используют в вашей школьной среде?
Перечислите наиболее распространенные группы компьютерных документов.
Приведите примеры классов программных продуктов. Какое можно выбрать для этого основание классификации?
Какое основание классификации можно использовать для выделения групп аппаратной части компьютера?
Какие вы знаете классы памяти компьютера?

Тема 10 Классификация моделей

Изучив эту тему, вы узнаете:

что может служить основанием для классификации моделей;
как классифицируются модели по области использования;
как классифицируются модели по способу представления;
каковы формы представления информационных моделей;
что такое компьютерная модель.

10.1. Виды классификации моделей

В теме 9 вы познакомились с основными принципами классификации. Для моделей можно составить различные виды классификаций в зависимости от выбранного основания. Таким основанием служат один или несколько признаков, общих для некоторых групп моделей. Рассмотрим несколько наиболее распространенных видов классификации, определяемых следующими признаками:

областью использования;
учетом в модели временного фактора (динамики);
отраслью знаний;
способом представления моделей.

Если рассматривать модели с позиции «для чего», «с какой целью» они используются, то можно применить классификацию, изображенную на рисунке 10.1.

Учебные модели используются при обучении. Это могут быть наглядные пособия, различные тренажеры, обучающие программы.

Опытные модели - это уменьшенные или увеличенные копии проектируемого объекта. Они используются для исследования объекта и прогнозирования его будущих характеристик.

Например, модель корабля исследуется в бассейне для изучения устойчивости судна при качке, модель автомобиля «продувается» в аэродинамической трубе с целью исследования обтекаемости кузова, модель сооружения используется для привязки здания к конкретной местности, модель гидросооружений (водохранилищ, гидростанций) помогает на стадии их разработки решить разнообразные технические, экологические и другие проблемы.

Рис. 10.1. Классификация моделей по области использования

Научно-технические модели создаются для исследования процессов и явлений. К таким моделям можно отнести, например, прибор для получения грозового электрического разряда или стенд для проверки телевизоров.

Игровые модели - это военные, экономические, спортивные, деловые игры. Эти модели как бы репетируют поведение объекта в различных ситуациях, проигрывая их с учетом возможной реакции со стороны конкурента, союзника или противника. С помощью игровых моделей можно оказывать психологическую помощь больным, разрешать конфликтные ситуации.

Имитационные модели не просто отражают реальность с той или иной степенью точности, а имитируют ее. Эксперименты с моделью проводятся при разных исходных данных. По результатам исследования делаются выводы. Такой метод подбора правильного решения получил название метода проб и ошибок. Например, для выявления побочных действий лекарственных препаратов их испытывают в серии опытов на животных.

Другим примером имитационного моделирования может служить экспериментальная деятельность в школах. Предположим, в обучение хотят ввести новый предмет «Основы вождения». Для эксперимента отбирается ряд школ. Где-то учат водить школьный грузовик, где-то - собранный учащимися легковой автомобиль, а в некоторых школах все сводится к изучению правил дорожного движения (моделирование с различными входными данными). Последующая проверка и анализ результатов по внедрению нового предмета в множестве школ помогают сделать вывод о целесообразности обучения этой дисциплине во всех школах страны.

Как уже упоминалось, одна из классификаций связана с фактором времени. Модели можно разделить на статические и динамические по тому, как отражается в них динамика происходящих процессов (рисунок 10.2).

Рис. 10.2 . Классификация моделей -

Статическая модель - это единовременный срез информации по данному объекту. Например, обследование учащихся в стоматологической поликлинике дает состояние их зубов на данный момент времени: соотношение молочных и постоянных, наличие пломб, дефектов и т. п.

Динамическая модель представляет картину изменения объекта во времени. В примере с поликлиникой медицинскую карту ученика, отражающую изменение состояния его зубов в течение многих лет, можно считать динамической моделью.

При строительстве дома рассчитывают прочность его фундамента, стен, балок и устойчивость их к постоянной нагрузке. Это статическая модель здания. Но надо также обеспечить противодействие ветрам, движению грунтовых вод, сейсмическим колебаниям и другим изменяющимся во времени факторам. Эти вопросы можно решить с помощью динамических моделей.

Как видно из примеров, один и тот же объект можно охарактеризовать и статической, и динамической моделью.

Можно классифицировать модели и по тому, «к какой отрасли» знаний или деятельности человека они относятся (биологические, социологические, экономические, исторические и т. п.), и по множеству других факторов.

10.2. Классификация моделей по способу представления

Подробнее рассмотрим классификацию всего многообразия моделей по способу представления. Схема такой классификации изображена на рисунке 10.3.

Рис. 10.3. Классификация моделей по способу представления

В соответствии с ней модели делятся на две большие группы: материальные и абстрактные (нематериальные). Эти две группы как бы характеризуют то, «из чего сделаны модели». И материальная, и абстрактная модели содержат информацию об исходном объекте. Только в случае материальной модели эта информация имеет реальное воплощение - цвет, форму, пропорции и т. п. Ее можно получить с помощью органов чувств: зрения, осязания, обоняния, а также воспользовавшись измерительными приборами и инструментами. В нематериальной модели та же информация представляется в абстрактной форме (мысль, формула, чертеж, схема).

Материальная и абстрактная модели могут отражать один и тот же прототип и взаимно дополнять друг друга. Некоторые из вас видели в цирке эффектный номер с мотоциклистом, движущимся с большой скоростью по отвесной стене. В аттракционе «Сюрприз» в парке культуры и отдыха кабинки с людьми вращаются на большой скорости в вертикальной плоскости. Причина, почему удерживается мотоциклист и не выпадают из кабинок люди, объясняется центробежными силами, действующими на каждый объект при вращении. Их можно изобразить на чертеже и описать формулами. Это различные абстрактные формы представления информации. Не каждому они понятны. Однако этот процесс можно продемонстрировать и на примере простейшего опыта. Возьмите ведро с водой и раскрутите его. Вода не выливается благодаря действию тех же сил. Этот опыт наглядно убеждает, что, действительно, возникают какие-то силы при вращении. На аттракционе вы имеете возможность почувствовать их на себе. Так материальная модель помогает понять суть сложного физического процесса. Приведем еще один пример. Модель маятника в виде камушка, подвешенного на нити, наглядно показывает, что при колебаниях плоскость движения остается неизменной. Это - материальная модель. С другой стороны, неизменность плоскости можно доказать на основании 2-го закона Ньютона, рассматривая силы, действующие на маятник. Это абстрактная модель. И в том и в другом варианте объектом изучения является маятник. В первом случае моделируется и сам объект «маятник», и его действие - колебание, а во втором - абстрактная модель описывает только действия.

Кстати, с помощью той же материальной модели можно продемонстрировать еще один процесс - вращение Земли. В недавнем прошлом в Исаакиевском соборе Ленинграда висел маятник Фуко, на полу был нанесен своеобразный циферблат. Плоскость движения маятника не менялась, а циферблат вращался вместес Землей. Через некоторое время можно было заметить смещение делений циферблата по отношению к маятнику.

Материальные модели

Материальные модели иначе можно назвать предметными, физическими. Они всегда имеют реальное воплощение. Такие модели могут отражать:

внешние свойства исходных объектов;
внутреннее устройство исходных объектов;
суть процессов и явлений, происходящих с объектами-оригиналами.

амыми простыми примерами материальных моделей являются детские игрушки. По ним ребенок узнает внешние свойства окружающих объектов. Разбирая некоторые игрушки в процессе игры (например, машинку), он получает первое представление об устройстве исходного объекта и даже о принципах его работы.

Процессы, в которых участвует реальный объект, в материальной модели могут быть заменены процессами другой физической природы. Например, в той же детской машинке процесс движения обеспечивается не работой двигателя внутреннего сгорания, а закрученной пружиной или инерционным механизмом. Но при этом принцип преобразования вращательного движения колес в поступательное движение автомобиля соблюдается.

Материальные модели могут не походить на свои прототипы. Например, робот, заменяющий людей на тяжелом и вредном производстве, совершенно не похож на человека. Это механическое устройство, манипулятор. Только в детских книжках и мультфильмах робота представляют как механического человека.

Так как материальные модели помогают узнать свойства реальных объектов и понять «механизм» сложных явлений, они часто используются в процессе обучения. Материальными моделями являются скелет человека и чучело птицы в кабинете биологии, объемная модель Солнечной системы и макет многоступенчатой ракеты в кабинете астрономии, наклонная плоскость с шарами в кабинете физики и т. д.

К материальным моделям относятся не только школьные пособия, но и различные физические и химические опыты. В опытах моделируются действия над объектами, например реакция (действие) между водородом и кислородом (веществами, объектами исследования). Эта реакция даже при малых количествах исходных веществ происходит с оглушительным хлопком. Модель является предупреждением о последствиях возникновения «гремучей смеси» из безобидных и широко распространенных в природе веществ.

Создание и использование материальных моделей относится к экспериментальному методу познания окружающего мира.

Абстрактные (нематериальные) модели

Абстрактные модели нельзя потрогать, они не имеют вещественного воплощения. Основу таких моделей составляет информация, а такой тип моделирования реализует теоретический метод познания окружающей действительности.

Основанием для дальнейшей классификации абстрактных моделей выберем возможность их реализации и исследования при помощи компьютера. По этому признаку выделяются следующие подклассы:

мысленные и вербальные;
информационные.

Мысленные и вербальные модели

Мысленные модели формируются в воображении человека в результате раздумий, умозаключений, иногда в виде некоторого образа. Примером мысленной модели является модель поведения при переходе через дорогу. Человек анализирует ситуацию на дороге (какой сигнал подает светофор, как далеко находятся машины, с какой скоростью они движутся и т. п.) и вырабатывает модель поведения. Если ситуация смоделирована правильно, то переход будет безопасным, если нет, то может произойти дорожно-транспортное происшествие.

Такие модели сопутствуют любой сознательной деятельности человека. Собираясь делать покупки, человек мысленно представляет, что и сколько можно купить на имеющуюся у него сумму. Строя планы на отпуск, он мысленно проигрывает различные варианты отдыха и возможные затраты. Ожидая транспорт на остановке, прикидывает, как быстрее добраться до нужного места.

К моделям такого типа можно отнести и идею, возникшую у изобретателя, и музыкальную тему, промелькнувшую в мыслях у композитора, и рифму, родившуюся в голове поэта. Во всех приведенных примерах модели предшествовали созданию объекта (нового устройства, музыкального произведения, стихотворения), являлись одним из этапов творческого процесса. Подобные модели могут возникнуть у зрителя, слушателя, читателя как реакция на уже существующие объекты (музыку, картину, поэму).

Мысленная модель может быть выражена в разговорной форме. В этом случае она часто называется вербальной (от лат. ver-balis - устный). Вербальную модель человек использует для передачи своих мыслей другим.

Информационные модели

Образы, возникающие у разных людей как реакция на одни и те же объекты и явления, могут сильно различаться. Поэтому образная модель очень индивидуальна и не отображает прототип с достаточной степенью достоверности. Невозможно получить впечатление от музыкального произведения, услышав не музыку, а рассказ о ней.

Чтобы информацию можно было использовать для обработки на компьютере, необходимо выразить ее при помощи системы знаков, то есть формализовать. Правила формализации должны быть известны и понятны тому, кто будет создавать и использовать модель.

Поэтому наряду с вербальными и мысленными моделями используются более строгие - информационные модели.

Существуют разнообразные системы условных обозначений, символов, соглашений, относящихся к разным областям деятельности и пригодных для описания моделей. Подобную систему и правила использования ее элементов называют языком. Язык может быть разговорным, алгоритмическим, математическим, языком кодирования и пр.

Информация, характеризующая объект или процесс, может иметь разную форму представления, выражаться различными средствами. По степени формализации, строгости описания это многообразие можно условно разделить на образно-знаковые и знаковые модели.

Ярким примером образно-знаковой модели является географическая карта. Цвет и форма материков, океанов, гор, изображенных на карте, сразу подключает образное мышление. По цвету на карте можно сразу оценить рельеф. Например, с голубым цветом у человека ассоциируется вода, с зеленым - цветущий луг, равнина. Карта изобилует условными обозначениями. Зная этот язык, человек может получить достоверную информацию об интересующем его объекте. Информационная модель в этом случае будет результатом осмысления сведений, полученных при помощи органов чувств и информации, закодированной в виде условных изображений.

То же можно сказать о живописи. Неискушенный зритель воспримет картину душой, в виде образной модели. Но существуют некоторые художественные языки, соответствующие различным живописным жанрам и школам: сочетание цветов, характер мазка, способы передачи воздуха, объема и т. д. Человеку, знающему эти условности, легче разобраться в том, что имел в виду художник, особенно если произведение не относится к реализму. При этом общее восприятие картины (информационная модель) станет результатом осмысления информации как в образной, так и в знаковой формах.

Еще один пример такой модели - фотография. Фотоаппарат позволяет получить изображение оригинала. Обычно фотография дает нам довольно точное представление о внешнем облике человека. Существуют некоторые признаки (высота лба, посадка глаз, форма подбородка), по которым специалисты могут определить характер человека, его склонность к тем или иным поступкам. Этот специальный язык формируется из сведений, накопленных в области физиогномики и собственного опыта. Знающие врачи, взглянув на фото незнакомого человека, увидят признаки некоторых заболеваний. Задавшись разными целями, по одной и той же фотографии можно получить различные информационные модели. Они будут результатом обработки образной информации, полученной при разглядывании фотографии, и информации, сложившейся на основе знания специального профессионального языка.

На рисунке 10.4 представлена образно-знаковая модель расходов города в виде круговой диаграммы.

Рис. 10.4 . Образно-знаковая модель расходов города

По форме представления образно-знаковых моделей среди них можно выделить следующие группы:

геометрические модели, отображающие внешний вид оригинала (рисунок, пиктограмма, чертеж, план, карта, объемное изображение);
структурные модели, отображающие строение объектов и связи их параметров (таблица, граф, схема, диаграмма);
словесные модели, зафиксированные (описанные) средствами естественного языка;
алгоритмические модели, описывающие последовательность действий.

Знаковые модели можно разделить на следующие группы:

математические модели, представленные математическими формулами, отображающими связь различных параметров объекта, системы или процесса;
специальные модели, представленные на специальных языках (ноты, химические формулы и т. п.);
алгоритмические модели, представляющие процесс в виде программы, записанной на специальном языке.

10.3. Инструменты моделирования

Многообразие моделей предполагает использование огромного спектра инструментов для реализации и описания этих моделей.

Если модель имеет материальную природу, то есть представлена в вещественном воплощении, то для ее создания годятся традиционные инструменты: резец скульптора, токарный или фрезерный станок, пресс, пила и топор, наконец.

Если модель имеет абстрактную форму, то речь идет о некоторых знаковых системах, позволяющих описать данный тип модели. Это специальные языки, чертежи, схемы, графики, таблицы, алгоритмы, математические выражения и т. п. Здесь может быть использовано два варианта инструментария: либо традиционный набор инженера или конструктора (карандаш, линейка, ручка), либо самый совершенный на данный момент инструмент - компьютер. Таким образом, мы подошли еще к одной возможности классификации информационных моделей: по способу реализации они подразделяются на компьютерные и некомпьютерные модели.

Когда речь идет об инструменте-компьютере, то следует понимать, что он работает с информацией. Поэтому нужно исходить из того, какую информацию и в каком виде может воспринимать и обрабатывать компьютер. Современный компьютер способен работать с текстом, графикой, схемами, таблицами, звуком, видеоизображением и т. д. Но для работы со всем этим многообразием информации нужна как техническая {аппаратная), так и программная поддержка. Эти две составляющие и являются инструментами компьютерного моделирования.

Прикладные программные среды используются человеком как эффективное вспомогательное средство для реализации собственных замыслов. Иначе говоря, человек уже знает, какова будет модель, и использует компьютер для придания ей знаковой формы. Например, для построения геометрических моделей, схем используются графические среды. Текстовые процессоры обладают широкими возможностями оформления знаковых моделей. Это и встроенная деловая графика, и наборы автофигур, и программные приложения, позволяющие включать в описание формулы, таблицы, электронные схемы, диаграммы и т. п.

Другие программные среды человек использует как средство обработки исходной информации и анализа результатов. Здесь компьютер выступает как интеллектуальный помощник.

В качестве примера такой компьютерной обработки информации можно привести обработку звука. Для этого используется специализированное программное обеспечение, в частности - музыкальный редактор. Он позволяет не только набирать нотный текст и распечатывать его, но и выполнять аранжировку и прослушивать произведение. Другие программы позволяют соединять цифровую запись голоса певца со звуковой моделью мелодии, а также синтезировать (моделировать) человеческий голос разной высоты и тембра (тенор, драматический бас и т. п.). Существуют программы, с помощью которых компьютер может создавать композиции самостоятельно в соответствии с введенными соглашениями: ритмом, темпом, музыкальным стилем и т. п.

Обработку больших объемов информации можно осуществлять в среде баз данных. Если же вы собираетесь исследовать математическую модель, то вам не подойдут среды ни графического или музыкального редакторов, ни базы данных, ни текстового процессора. Мощным инструментом исследования таких моделей является среда табличного процессора. В этой среде исходная информационная знаковая модель будет представлена в табличной форме, связывающей элементарные объекты по правилам построения связей в этой среде.

Другим эффективным средством исследования математических моделей, а также построения геометрических моделей является среда программирования. Компьютерная модель будет представлена в ней в форме программы.

Контрольные вопросы и задания

По каким признакам можно классифицировать модели?
Приведите примеры применяемых в вашей школе учебных моделей.
Можно ли стратегическую компьютерную игру назвать игровой моделью? Чему учат такие игры?
По какому признаку модели делятся на статические и динамические?
Что такое материальные модели? Приведите примеры.
К какому типу моделей вы бы отнесли былины? Что они моделируют?
Какие образные модели возникают у вас, когда, входя в дом, вы чувствуете какой-либо запах?
Что такое информационные модели? Из чего они «сделаны»?
Школьные учебники истории содержат схемы военных сражений. Можно ли их назвать моделями? К какому типу моделей их можно отнести?

Что такое математическая модель? Приведите примеры.
Можно ли назвать поясняющий чертеж к задаче моделью? Поясните ответ.
Что вы понимаете под компьютерной моделью?

Тема 11. Основные этапы моделирования

Изучив эту тему, вы узнаете:

что такое моделирование;
что может служить прототипом для моделирования;
какое место занимает моделирование в деятельности человека;
каковы основные этапы моделирования;
что такое компьютерная модель;
что такое компьютерный эксперимент.

11.1. Место моделирования в деятельности человека

В теме 7 мы определили, что такое модель. Моделью может быть абстрактный или физический объект, исследование которого позволяет познавать существенные черты другого объекта - оригинала. Построение и изучение моделей является сферой человеческой деятельности, которая называется моделированием.

Моделирование - исследование объектов путем построения и изучения их моделей.

Почему не исследовать сам оригинал, зачем создавать модель?

Во-первых, оригинала может не существовать в настоящем: это объект прошлого или будущего. Для моделирования время не помеха. На основании известных фактов, методом гипотез и аналогий можно построить модель событий или природных катаклизмов далекого прошлого. Так, к примеру, были созданы теории вымирания динозавров, зарождения жизни на Земле. С помощью такого же метода можно заглянуть в будущее. Ученые-физики построили теоретическую модель «ядерной зимы», которая наступит на нашей планете в случае ядерной войны. Эта модель - предостережение человечеству.

Во-вторых, оригинал может иметь много свойств и взаимосвязей. На модели, являющейся упрощенным представлением объекта, можно изучать некоторые интересующие исследователя свойства, не учитывая других. Например, при изучении сложнейшего человеческого организма на уроках биологии используются его разнообразные модели.

В-третьих, часто модель является абстрактным обобщением реально существующих объектов. Манекенщица (модель), демонстрирующая новый фасон одежды, представляет не какого-то реального человека с его особенностями и недостатками, а некоторый обобщенный идеальный образ, стандарт. Говоря о природных явлениях на уроках географии, мы имеем в виду не какое-то конкретное природное явление, например землетрясение, а некоторое обобщение, модель этого явления. В таких случаях прототипом модели является целый класс объектов с какими-то общими свойствами.

В-четвертых, оригинал может быть недоступен исследователю по каким-либо причинам: модель атома водорода, рельефа лунной поверхности, парламентской власти в стране.

Что поддается моделированию? Объектом моделирования мо-жет быть материальный объект, явление, процесс или система.

Моделями материальных объектов могут служить наглядные пособия в школьном кабинете, чертежи архитектурных сооружений, уменьшенные или увеличенные копии самих объектов.

Для предотвращения катастроф и применения природных сил на благо человека создаются и изучаются модели явлений живой природы. Академик Георг Рихман, сподвижник и друг великого Ломоносова, еще в первой половине XVIII века моделировал магнитные и электрические явления с целью их изучения и дальнейшего применения.

Можно также создавать модели процессов : ход, последовательную смену состояний, стадии развития объекта или системы. Вы, вероятно, слышали о моделях экономических или экологических процессов, модели развития Вселенной, общества и т. п.

Если объект рассматривается как система, то строится и исследуется модель системы . Перед строительством жилого массива архитекторы создают натурную модель района застройки, учитывающую расположение зданий, скверов, парков и дорог.

Моделирование является одним из ключевых видов деятельности человека и всегда в той или иной форме предшествует другим ее видам.

Прежде чем браться за любую работу, нужно четко представлять себе отправной и конечный пункты деятельности, а также ее примерные этапы. То же можно сказать о моделировании.

Отправной пункт здесь - прототип (рисунок 11.1). Как было сказано ранее, это может быть существующий или проектируемый объект, явление, процесс или система.

Рис. 11.1 . Обобщенные этапы деятельности человека при исследовании объекта

Конечный этап моделирования - принятие решения. В результате моделирования приобретается новая информация и принимается решение о создании нового объекта либо о модификации и использовании существующего.

Примером моделирования при создании новых технических средств может служить история развития космической техники. Для реализации космического полета надо было решить две проблемы: преодолеть земное притяжение и обеспечить продвижение в безвоздушном пространстве. О возможности преодоления притяжения Земли говорил еще Ньютон в XVII веке. К. Э. Циолковский предложил для передвижения в пространстве использовать реактивный двигатель. Он составил довольно точную описательную модель будущего межпланетного корабля с чертежами, расчетами и обоснованиями.

Не прошло и полувека, как описательная модель Циолковского стала основой для реального моделирования в конструкторском бюро С. П. Королева. В натурных экспериментах испы-тывались различные виды жидкого топлива, форма ракеты, системы управления и жизнеобеспечения, приборы для научных исследований и т. п. Результатом разностороннего моделирования стали мощные ракеты, которые вывели на околоземную орбиту искусственные спутники Земли, корабли с космонавтами на борту и космические станции.

Рассмотрим другой пример. Известный химик XVIII века Антуан Лавуазье, изучая процесс горения, проводил многочисленные опыты. Он моделировал процессы горения с различными веществами, которые нагревал и взвешивал до и после опыта. При этом выяснилось, что некоторые вещества после нагревания становятся тяжелее. Лавуазье предположил, что к этим веществам в процессе нагревания что-то добавляется. Так моделирование и последующий анализ результатов привели к определению нового вещества - кислорода, к обобщению понятия «горение». Это дало объяснение многим известным явлениям и открыло новые горизонты в других областях науки, в частности в биологии. Кислород оказался одним из основных компонентов дыхания и энергообмена животных и растений.

Схема, представленная на рисунке 11.1, показывает, что моделирование занимает центральное место в исследовании объекта. Построение модели позволяет обоснованно принимать решения по усовершенствованию имеющихся объектов и созданию новых, изменению процессов управления ими и, в конечном счете, изменению окружающего нас мира в лучшую сторону.

Моделирование - творческий процесс и поэтому заключить его в формальные рамки очень трудно. В наиболее общем виде его можно представить этапами, как изображено на рисунке 11.2.

Рис. 11.2. Этапы моделирования

Каждый раз при решении конкретной задачи такая схема может подвергаться некоторым изменениям: какой-то блок будет исключен или усовершенствован, какой-то - добавлен. Все этапы определяются поставленной задачей и целями моделирования.

11.2. Постановка задачи

Жизнь постоянно ставит перед человеком проблемы, требующие разрешения. Эти проблемы по своей сложности нельзя сравнить ни с одной, даже самой трудной задачей из школьных учебников. В школьных задачах вам четко указано, что дано и что требуется получить, а в разделе, где приводится задача, рекомендованы возможные методы ее решения. Как правило, в реальной жизни человек имеет дело с задачами (проблемами), где этого в явной форме нет. Поэтому важнейшим признаком грамотного специалиста является умение поставить задачу, то есть сформулировать ее таким образом и на таком языке, чтобы ее однозначно понял любой, кто будет участвовать в ее решении.

Этап постановки задачи характеризуется тремя основными моментами: описание задачи, определение целей моделирования и формализация задачи.

Описание задачи

Постановка задачи, как правило, начинается с ее описания. Делается это на обычном языке, самыми общими фразами. При этом подробно описывается исходный объект, условия, в которых он находится, и желаемый результат, иначе говоря, отправной и конечный пункты моделирования.

По характеру постановки все задачи можно разделить на две основные группы.

К первой группе можно отнести задачи, в которых требуется исследовать, как изменятся характеристики объекта при некотором воздействии на него. Такую постановку задачи принято называть «что будет, если?..». Например, будет ли сладко, если в чай положить две чайные ложки сахара? Или: что будет, если повысить плату за коммунальные услуги в два раза?

Некоторые задачи формулируются несколько шире. Что будет, если изменять характеристики объекта в заданном диапазоне с некоторым шагом? Такое исследование помогает проследить зависимость параметров объекта от исходных данных. Например, модель информационного взрыва: «Один человек увидел НЛО и рассказал об этом своим знакомым. Те, в свою очередь, распространили новость дальше и т. д.» Необходимо проследить, каково будет количество оповещенных через заданные интервалы времени.

Вторая группа задач имеет такую обобщенную формулировку: какое надо произвести воздействие на объект, чтобы его параметры удовлетворяли некоторому заданному условию? Такая постановка задачи часто называется «как сделать, чтобы?..». Например, какого объема должен быть воздушный шар, наполненный гелием, чтобы он мог подняться вверх с грузом 100 кг?

Наибольшее количество задач моделирования, как правило, являются комплексными. Решение таких задач начинается с построения модели для одного набора исходных данных. Иначе говоря, прежде всего решается задача «что будет, если?..». В редких случаях, но все же бывает, что конечная цель достигается после первого же эксперимента. Чаще этого не случается, и тогда проводится исследование объекта при изменении параметров в некотором диапазоне. И наконец, по результатам исследования производится подбор параметров с тем, чтобы модель удовлетворяла некоторым проектируемым свойствам. Важно понимать, что чем опытнее исследователь, тем точнее он выберет диапазон входных данных и шаг, с которым этот диапазон будет проверяться, и, как следствие, тем скорее он достигнет прогнозируемого результата.

Примером такого комплексного подхода может служить решение задачи о получении химического раствора заданной концентрации: «Химический раствор объемом 5 частей имеет начальную концентрацию 70 %. Сколько частей воды надо добавить, чтобы получить раствор заданной концентрации?»

Сначала проводится расчет концентрации при добавлении 1 части воды. Затем строится таблица концентраций при добавлении 2, 3, 4... частей воды. Полученный результат позволяет быстро пересчитывать модель с разными исходными данными. По расчетным таблицам можно дать ответ на поставленный вопрос: сколько частей воды надо добавить для получения требуемой концентрации.

Рассмотрим три простые задачи, на примере которых в дальнейшем проследим этапы моделирования.

Задача 1 . Набор текста.

Набрать и подготовить к печати текст.

Такая задача часто возникает при создании составных документов, в которых одним из элементов является текст. Эта задача относится к постановке «что будет, если?..».

Задача 2. Движение автомобиля.

Как изменяется скорость автомобиля при движении?

В данной задаче предполагается проследить, как будет изменяться скорость автомобиля в некотором диапазоне времени. Это расширенная постановка задачи «что будет, если?..».

Задача 3. Расстановка мебели.

Найти наиболее удобную расстановку подросткового мебельного гарнитура в комнате.

Эта задача относится к постановке «как сделать, чтобы?..».

Восприятие и осознание пространственных отношений - необходимое условие адаптации организма к среде существования. Пространственные характеристики есть не что иное, как установление отношений и взаимосвязей между предметами и явлениями. При этом различаются следующие параметры: величина предметов и их изображений (схем), форма, протяженность, расположение предметов относительно воспринимающего объекта и относительно друг друга, объемность.

Пространственная ориентировка - это особый вид восприятия, который обеспечивается единством работы зрительного, слухового, кинестетического и кинетического анализаторов. Определение правильного положения в пространстве требует соответствующего уровня развития аналитико-синтетического мышления.

В процессе специально организованной планомерной и последовательной работы на коррекционных занятиях у детей формируются следующие умения:
- ориентироваться в схеме собственного тела;
- определять расположения предметов в ближнем и дальнем пространстве;
- моделировать пространственное расположение предметов;
- ориентироваться на поле листа бумаги;
- двигаться в заданном направлении и изменять его.

Программные требования образовательных учреждений предусматривают обязательное использование терминологии, обозначающей пространственные отношения.

Решение задач формирования пространственной ориентировки начинается с ориентировки ребенка в схеме собственного тела первоначально по вертикальной оси. Ребенок, рассматривая в зеркале свое отражение, отвечает на вопросы: что находится в верхней части лица? в нижней части лица? Также анализируется расположение всех основных составляющих тела (головы, шеи, плеч, туловища, рук, ног) и отдельных его частей: рук (ладоней, пальцев), ног (коленей, стоп) и т. д.

Ориентировка в пространстве первоначально осуществляется по расположению окружающих предметов относительно самого ребенка. При этом важно сформировать у детей четкое различение право- и левосторонней организации среды. На коррекционных занятиях педагог-психолог объясняет: «У человека две руки, и каждая из них имеет свое название. Для того чтобы их не перепутать, каждой руке дали имя - Правая и Левая. Руки только две, а как много они умеют! Что умеют делать ваши руки?»

Далее используются задания на дифференциацию правой и левой руки:
- Покажите, какой рукой вы рисуете, пишете, едите; в какой руке вы держите ручку, карандаш, ложку. Как называется эта рука? (Следует показать.) Наденьте на правую (левую) руку браслет; заложите за голову сначала правую руку, а затем левую и т. д.

Для закрепления проводится дидактическая игра «Найди пару». Ученикам, например, предлагается найти пару одинаковых варежек для правой и левой руки.
Благодаря многократным действиям правой (у левшей - левой) руки у ребенка вырабатываются зрительно-двигательные связи, обеспечивающие выделение данной руки как ведущей. От этого в дальнейшем и зависит умение разграничивать правую и левую стороны окружающего пространства.

Ориентируясь в пространстве, ребенок сначала усваивает дифференциацию отношений предметов и их частей по вертикали (на, над, под, вверху, внизу и т. д.). На следующем этапе анализируются отношения горизонтального пространства - позиции близости: близко, ближе, далеко, дальше . Практика показывает, что ориентировка в ближнем пространстве у детей с интеллектуальной недостаточностью формируется раньше и легче, чем ориентировка в дальнем пространстве. Определение удаленности предметов по отношению к самому ребенку целесообразно проводить в процессе измерения расстояния до нужного объекта веревочкой, палочкой, шагами (а потом и метром). Такая практическая деятельность дает в дальнейшем ребенку возможность самостоятельно определять, что находится от него дальше, а что - ближе.

Изучение горизонтального расположения предметов начинается с положений «рядом», «около», и лишь в процессе специального обучения постепенно появляются восприятие и словесное обозначение таких отношений, как «за» (позади, сзади ), «перед» (впереди, спереди ), а затем делается упор на право- и левостороннюю ориентировку (справа, слева ).

Опираясь на уже сформированные умения, педагог-психолог предлагает детям задания:
- поднять правую руку вверх, опустить, повернуться направо;
- поднять левую руку вверх, опустить, повернуться налево;
- вытянуть руки вперед, сделать шаг вперед;
- спрятать руки назад, за спину, сделать шаг назад и т. д.

Обучая движению в заданном направлении, для повышения мотивации следует создавать игровые ситуации. Например, предложить в занимательной форме найти спрятанные игрушки:
Вперед пойдешь - куклу найдешь.
Назад пойдешь - медвежонка найдешь.
Вправо пойдешь - мяч найдешь.
Влево пойдешь - машину найдешь.
Куда ты хочешь пойти?
Что ты хочешь найти?

Следующий этап работы - формирование квазипространственных представлений (определение месторасположения предметов относительно друг друга: на столе, под столом, в шкафу, около окна, за дверью и т. д.) и их вербализация в виде ответов на отдельные вопросы, отчетов о совершенных действиях, планировании предстоящей практической деятельности.

Навыки пространственной ориентировки позволяют определить местоположение человека в трехмерном пространстве на основе выбранной им системы отсчета (точкой отсчета может быть собственное тело или любой предмет из окружающей обстановки). Огромное значение в ориентировке имеют пространственные представления, благодаря которым ребенок может выбрать нужное направление и сохранять его при движении к цели.

Значительная часть занятий должна быть посвящена обучению моделирования пространственных отношений по инструкции педагога, а в дальнейшем и по собственному замыслу ребенка.

На последующих занятиях дети индивидуально «меблируют» кукольные комнаты, самостоятельно составляют рассказ - отчет о проделанной работе. Более трудным для них является задание расставить мебель (или ее заменяющие) на плане комнаты. Осуществление подобных видов деятельности и словесный отчет о них свидетельствуют об успешном овладении учащимися пространственных отношений.

Особое место в обучении детей занимает формирование умения ориентироваться в пространстве листа и на поверхности парты. В первую очередь детям даются понятия о разных сторонах, углах и частях листа, идет обучение ориентировке на плоскости листа. В процессе коррекционных занятий эти умения закрепляются при выполнении различных заданий (например, расположение фишек, геометрических фигур на листе бумаги по инструкции педагога, перемещение их в пространстве листа или парты) . Дети должны усвоить следующее: лист бумаги (любого размера и даже по-разному расположенный) - это определенное ограниченное пространство, имеющее свои параметры: верх и низ, середину и стороны, центр и углы; на нем можно отразить реальные пространственные отношения между предметами.

Приведем примеры заданий по ориентировке на листе бумаги: рассмотреть рисунки художника и ответить на вопросы: Какие игрушки нарисованы слева? Что нарисовано в центре? И т. д.; дидактические игры «Расположи верно», «Раскладывание геометрических фигур», «Нарисуй, как я скажу» и т. д.

Умения пространственного анализа следует совершенствовать в процессе изобразительной деятельности. Рисование по инструкции педагога , содержащей словесные обозначения пространственных соотношений (посередине листа нарисуй домик, слева от домика растет ель и т. д.), - сложный вид деятельности для ребенка с интеллектуальной недостаточностью. Поэтому к нему надо готовить детей постепенно, используя такие виды работы, как графический диктант, дорисовывание симметричных контурных изображений предметов (как правой, так и левой половины изображения), рисование по образцу с использованием опорных точек и др.

Формирование пространственных ориентировок проводится поэтапно на основе:
- действий по подражанию взрослому (ребенок действует с объектами, полностью копируя действия с предметами и предоставляя отчет о проделанном);
- действий по готовому образцу (самостоятельный анализ ребенком образца (ситуации) с точки зрения пространственных соотношений предметов и их частей с последующим выполнением задания; при этом усложнение идет от повторения знакомых ситуаций, с которыми дети уже встречались на предыдущих этапах работы, к идентичным незнакомым и далее к созданию вариативных, новых ситуаций);
- действий по инструкции взрослого, которые организуются лишь тогда, когда ребенок приобрел собственный практический опыт и закрепил его в слове в процессе планирования, выполнения деятельности и предоставления отчета о сделанном;
- самостоятельного планирования и моделирования пространственных отношений различных предметов и объектов;
- вербализации деятельности.

Итак, условием полноценного овладения учеником пространственными ориентировками является постепенное усложнение материала: от заданий на ориентировку на собственном теле и в окружающем пространстве по различным заданным параметрам; самостоятельного определения пространственных отношений между объектами, моделирования их взаимоотношений до полного словесного отчета о выполнении заданий с использованием терминов, обозначающих пространственные отношения.

Дидактические игры и упражнения
на развитие ориентировки в пространстве

«Какая рука?»
На картинке нужно определить, в какой руке девочка держит флажок, в какой руке мальчик держит шар, на какой ноге стоит девочка и т. д.
«Покажи правильно»
Педагог на кукле показывает разные части тела в быстром темпе. Дети должны показать эту же часть на себе (левая нога, правая рука, левая щека и т. д.).
«Незаконченные изображения»
Детям предлагают карточки с недорисованными изображениями (у собаки не нарисована правая лапа, у кошки - левое ухо и т. д.). Предлагают дорисовать, назвать и подписать, используя пространственную терминологию.
«Твой путь в школу»
Ребенку предлагают рассказать, как он идет в школу (в магазин, в парк и т. д.). В процессе рассказа педагог уточняет у ребенка, что находится справа от дороги, слева, впереди, сзади и др.
«Автомобили»
По сигналу педагога дети двигаются в различных направлениях, изображая автомобили, изменяя направления движения и скорость.
Варианты:
- каждый ребенок проводит свой автомобиль до автостоянки, пользуясь схемой маршрута.
«Выполни задание»
Ребенку предлагают различные задания на ориентировку в пространстве комнаты и на улице.
Варианты:
- определить местоположение отдельных предметов мебели;
- определить местоположение других детей относительно себя;
- определить местоположение других детей относительно себя при повороте на 180 градусов;
- определить местоположение предметов относительно друг друга;
- расположить предметы в пространстве по инструкции педагога (по образцу, макету, рисунку).
«Что дальше, что ближе к нам в комнате?»
Дети отвечают на вопрос, а потом проверяют с помощью условных мерок (или метра) правильность ответа.
«Назови самые высокие и самые низкие предметы в комнате»
Дети называют предметы, объясняя, где они находятся, а затем сравнивают некоторые из них с помощью условной мерки (или метра).
«Что где находится?»
Ребенку предлагается по картинке назвать предметы, изображенные в середине листа, в левом верхнем углу, в правом нижнем и т. д.
«Откуда и чей голос?»
Ребенку предлагают встать спиной к классу и по слуху определить, откуда и чей звучит голос: справа, слева от него, сзади, близко за спиной, далеко в правом углу комнаты и т. д.
«Внимательно слушай и рисуй»
Педагог называет геометрические фигуры с указанием их места на листе. Ребенок должен их изобразить согласно данной инструкции.
Например, вверху слева прямоугольник, справа от него квадрат, в центре круг и т. д.
Варианты:
- разделить лист на четыре части путем сгибания. Ребенку дают инструкции: «В верхнем правом углу нарисуй треугольник, в нижнем правом углу нарисуй...» И т. д.
«Где что лежит?»
Педагог располагает различные предметы на столе, под столом, около стола и т. д. и предлагает ребенку ответить на вопросы, где какой предмет находится.
Варианты:
- предложить ребенку расположить предметы по инструкции педагога за столом, на столе и т. д. и при этом объяснить свои действия;
- по предложенной схеме с изображением геометрических фигур расставить на столе предметы, соответствующие по форме геометрическим фигурам и по ходу объяснять свои действия.
«Фигуры высшего пилотажа»
Педагог на фланелеграфе показывает моделью самолета разные фигуры высшего пилотажа, меняя направление движения, а ученики объясняют изменение маршрута, используя слова: вверх, вниз, направо, слева направо и т. д.
«Составление разрезных картинок» (предметных и сюжетных по готовому образцу и без него)
«Следопыт»
По рисунку-схеме комнаты дети находят спрятанную игрушку.
Варианты:
- дети по очереди сами прячут игрушку и составляют рисунок-схему комнаты с обозначением места, где находится игрушка;
- по тем же правилам игра проводится на улице, в парке, около школы.
«Разведчики»
По письменной инструкции дети находят спрятанное в тайнике важное донесение.
Пример инструкции:
1. Встаньте у классной доски, повернувшись к ней спиной.
2. Сделайте 5 шагов вперед и 3 шага влево.
3. Повернитесь налево.
4. Внимательно осмотрите все, что находится впереди на уровне ваших глаз.
Что видите необычного? Ищите!
«Самый внимательный»
На доске лист ватмана с написанными на нем рядами букв (6 рядов по 6 букв). Учащимся предлагают карточки с заданиями: напиши в тетради все согласные буквы из второго горизонтального ряда, напиши все гласные из третьего вертикального ряда и т. д.
Графические диктанты.