Министерство образования и науки Российской Федерации
Министерство образования Саратовской области
Национальный исследовательский Саратовский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского
Саратовский областной институт развития образования
Комитет по информатизации Саратовской области
Комитет по образованию администрации муниципального образования «Город Саратов»
Автономная некоммерческая организация «Информационные технологии в образовании»
Автономная некоммерческая организация «Научно-исследовательский центр «Образование. Качество. Отрасль»»
IX Всероссийская (с международным участием) научно-практическая конференция
«Информационные технологии в образовании»
«ИТО-Саратов-2017»
2-3 ноября 2017 года, г. Саратов

Как подружить пятиклассников с клеточными автоматами?

Автор: Климина Наталья Владимировна, Почетная грамота Западного управления министерства образования и науки Самарской области
государственное бюджетное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа №4 имени Героя Советского Союза Д.П.Левина городского округа Сызрань Самарской области
В статье рассказывается о возможности получения одаренными пятиклассниками базовых знаний о клеточных автоматах и навыках моделирования на их основе различных биологических и социальных процессов посредством программирования в среде Cellular.

Тема клеточных автоматов интересна и актуальна в настоящее время. Клеточные автоматы удобно использовать для имитационного моделирования математических, физических, биологических, социальных и других процессов. В связи с тем, что имитационное моделирование помогает решить широкий круг научных задач, метод клеточных автоматов и мультиагентный подход невероятно популярны в научной среде. Поэтому назревает необходимость знакомства одаренных школьников с методом моделирования на основе клеточных автоматов и мультиагентного подхода.

Пятый класс – удобный возраст, чтобы познакомить с миром клеточных автоматов. И возникают вопросы: в какой среде моделировать? Какие процессы лучше моделировать? Как заинтересовать, а не отпугнуть школьников?
На мой взгляд, программная среда Cellular наилучшим образом подходит для первого опыта моделирования на основе клеточных автоматов. Язык этой среды является реализацией языка Scratch, который уже знаком школьникам из курса начальной школы. (Рис.1)

Рис.1. Интерфейс Cellular

Интерфейс, команды и правила построения программы аналогичны среде Scratch, поэтому моделирование трудностей не вызовет. Единственно, что будет новым – установка атрибутов окружающей среды и агентов среды.

С программной средой поставляются несколько программ, моделирующих биологические и социальные процессы. Эти программы можно использовать для первоначального исследования скриптов, моделирующих ситуацию. Скрипты небольшие, легкие для понимания, помогут сделать вхождение в имитационное моделирование интересным и увлечь школьников в дальнейшем. (Рис.2)

  

Рис.2. Скрипт программной среды.

В пятом классе физика еще не изучается, поэтому акцент нужно делать на моделирование биологических и социальных процессов. Такими процессами могут быть: распространение пожара и наводнения (Рис.3), распространение слухов, система «хищник-жертва», распространение молодежной субкультуры, движение толпы людей и транспортных потоков, рост популяции биологических видов. В процессе моделирования изучается поведение объектов в предложенных условиях, имеется возможность прогнозировать развитие моделируемых систем, изменять условия и делать соответствующие выводы. Таким образом, моделирование на основе клеточных автоматов и агентного подхода имеет большое практическое значение.

  

Рис.3. Моделирование наводнения.

Созданные авторские имитационные модели могут использоваться одаренными школьниками не только на уроках (Рис.4), но и участвовать в соответствующих конкурсах по предмету или в конкурсах программирования.

  

Рис.4. Моделирование поведения пчел.

Кроме основных алгоритмических конструкций, одаренные школьники освоят понятия: «агент», «атрибут клетки», «атрибуты окружающей среды», «взаимодействие агентов». Научатся привязывать агентов к клеткам моделирующей области с тем, чтобы получить дополнительные возможности для программирования ситуации.
Решение жизненных задач, исследование виртуальных миров, имитирующих условия, приближенные к реальным, программирование моделей на понятном, доступном и легком для освоения языке превратят процесс знакомства с клеточными автоматами в увлекательное программирование. Будет заложена база для создания и исследования имитационных моделей на основе клеточных автоматов на языках программирования высокого уровня, например, Pascal.
 

Список использованных источников
  1. 1. Моделирование с Cellular. [Электронный ресурс] - https://cloud.github.com/downloads/monofonik/cellular/Simulation-with-Cellular-1.1.pdf
  2. 2. Обучающее видео. [Электронный ресурс] - http://monash-blockbooks.appspot.com/cellular/pdf-video/tutorial1
  3. 3. Обучающее видео. [Электронный ресурс] - http://monash-blockbooks.appspot.com/cellular/pdf-video/tutorial6
Вид представления доклада  Устное выступление и публикация
Ключевые слова  Клеточный автомат, мультиагентный подход, моделирование.

В статусе «Черновик» Вы можете производить с тезисами любые действия.

В статусе «Отправлено в Оргкомитет» тезисы проходят проверку в Оргкомитете. Статус «Черновик» может быть возвращен тезисам либо если есть замечания рецензента, либо тезисы превышают требуемый объем, либо по запросу участника.

В статусе «Рекомендован к публикации» тезис публикуется на сайте. Статус «Черновик» может быть возвращен либо по запросу участника, либо при неоплате публикации, если она предусмотрена, либо если тезисы превышают требуемый объем.

Статус «Опубликован» означает, что издана бумажная версия тезиса и тезис изменить нельзя. В некоторых крайне редких ситуацих участник может договориться с Оргкомитетом о переводе тезисов в статус «Черновик».

Статус «Отклонен» означает, что по ряду причин, которые указаны в комментариях к тезису, Оргкомитет не может принять тезисы к публикации. Из отклоненных тезис в «Черновики» может вернуть только Председатель программного или председатель оргкомитета.