Тип урока: самостоятельная лабораторная работа
Цели:
- Сформировать у учащихся понятия моделирования как метода познания и «компьютерная информационная модель»;
- Определение уровня практических навыков создания компьютерных моделей в среде MS Excel;
- Формирование общих представлений современной научной картины мира;
- Формирование коммуникативных качеств развивающейся личности.
Теоретические сведения
Вычислительная техника открыла широкие возможности для изучения процессов, происходящих в природе и обществе. Среди задач, успешно моделируемых на компьютерах, особое место занимают экологические, финансовые, биологические и т.д. Круг их очень велик. С одной стороны — это задачи развития биологических видов в природной среде, с другой — исследование влияния деятельности человека на природу. Моделирование в экологической сфере позволяет прогнозировать развитие биологических популяций, управлять численностью отдельных видов и предсказывать влияние угрожающих их развитию факторов.
ЗАДАЧА: Моделирование эпидемии гриппа
Постановка задачи
ФОРМУЛИРОВКА ЗАДАЧИ
Эпидемии всегда представляли серьезную опасность для человечества. На сегодняшний день на Земле эпидемия достигают больших масштабов.
Из-за увеличения коэффициента смертности представляют угрозу для людей различные вирусы гриппа (смертельный грипп В – Брисбен,
грипп А – H3N2-Гонконгский грипп и H1N1- «Свиной» грипп», COVID-19 – короновирус). В последнее время наблюдается мутация данных вирусов, в результате чего иммунная система уже не распознаёт мутировавшие вирусы и при размножении они заражают всё большее количество людей.
Медицина уже давно пришла к выводу о том, что эпидемии лучше предотвращать, а для этого необходимо их изучать и прогнозировать. Применение компьютерного прогнозирования на основе построения математической модели, в данном случае, является наиболее целесообразным решением, так как воспроизведение натуральной эпидемии нежелательно, а модель способна создать реальный эпидемический процесс, не имеющий негативных последствий.
Преимуществом математического моделирования эпидемических процессов является отсутствие больших затрат, быстрота получения результатов, использование вычислительных систем тогда, когда недоступен теоретический подход и др.
ЦЕЛЬ МОДЕЛИРОВАНИЯ
- Составить таблицу данных, характеризующих динамику эпидемии гриппа.
- Построение моделей с различной степенью огрубления природного процесса и принятие решения о целесообразности дальнейшего уточнения модели.
- для прогнозирования характера эпидемического процесса
- для определения стратегии служб здравоохранения.
Информационное моделирование – это творческий процесс. Не существует универсального рецепта построения моделей, пригодного на все случаи жизни, но можно выделить основные этапы и закономерности, характерные для создания самых разных моделей.
Первый этап – постановка задачи. Прежде всего следует уяснить цель моделирования. Исходя из цели моделирования, определяется вид и форма представления информационной модели, а также степень детализации и формализации модели. В соответствии с целью моделирования заранее определяются границы применимости создаваемой модели. На этом этапе также необходимо выбрать инструментарий, который будет использоваться при моделировании (например, компьютерную программу).
Второй этап – собственно моделирование, построение модели. На этом этапе важно правильно выявить составляющие систему объекты, их свойства и взаимоотношения и представить всю эту информацию в уже выбранной форме. Создаваемую модель необходимо периодически подвергать критическому анализу, чтобы своевременно выявлять избыточность, противоречивость и несоответствие целям моделирования.
Третий этап – оценка качества модели, заключающаяся в проверке соответствия модели целям моделирования. Такая проверка может производиться путем логических рассуждений, а также экспериментов, в том числе и компьютерных. При этом могут быть уточнены границы применимости модели. В случае выявления несоответствия модели целям моделирования она подлежит частичной или полной переделке.
Четвертый этап – эксплуатация модели, ее применение для решения практических задач в соответствии с целями моделирования.
Пятый этап – анализ полученных результатов и корректировка исследуемой модели.
Информационная модель
L– всего людей
N(i)–число больных в i-й день
Z(i) –число заболевших в i-й день
W(i) –число выздоровевших за i дней
v(i) – выздоровевших в i-й день”
Z(i+1) =k*N(i) число заболевающих пропорционально числу больных (каждый заражает)
k(i)=a(L-N(i)-W(i)) – к пропорционально числу еще не болевших
при i=0 a=k/(L-N(0))
Z(i+1) =k*N(i) (L-N(i) -W(i) )/(L-N(0))
W(i+1) =W(i) +V(i+1) V(i) =Z(i-7)
КОМПЬЮТЕРНАЯ МОДЕЛЬ
Для моделирования выберем среду табличного процессора. В этой среде информационная модель представляется в виде таблицы, которая содержит две области:
- исходные данные;
- расчетные данные (результаты).
Ход работы:
Задание: провести эксперимент, изменяя коэффициент k и количество больных в начальный момент и сделать выводы.
В тетради записать тему, цель, краткие теоретические сведения, провести эксперимент и слелать вывод(записать в тетради).
Комментарии: