Modellierung von Systemen - ein Applikationsgebiet im Informatikunterricht

Transkript

1 Mdellierung vn Systemen - ein Applikatinsgebiet im Infrmatikunterricht Dr. Henry Herper Ott-vn-Guericke-Universität Institut für Simulatin und Graphik Magdeburg INFOS 2001 Paderbrn

2 Infrmatische Mdellierung Im Infrmatikunterricht bedeutet Mdellierung im wesentlichen die Abgrenzung eines für den jeweiligen Zweck relevanten Ausschnittes der Erfahrungswelt, die Herausarbeitung seiner wichtigen Merkmale unter Vernachlässigung der unwichtigen swie seiner Beschreibung und Strukturierung mithilfe spezieller Techniken aus der Infrmatik. /GI2000/ 2

3 Infrmatische Mdellierung Mdellierung vn Infrmatiksystemen Entwicklung und Experimentieren mit Simulatinsmdellen 3

4 Mdell und Mdellieren im Infrmatikunterricht In der Infrmatik ist ein Mdell ein vn Subjekten durch Abstraktin geschaffenes Abbild eines Originals, meistens aus der realen Welt. Ziel des Mdellierens ist es, Prbleme aus der "realen Welt" mit Infrmatik-Werkzeugen zu bearbeiten swie knkrete Infrmatiksysteme zu durchdringen der zu erzeugen. Der Einsatz dieser Infrmatiksysteme wirkt auf die reale Welt zurück. (Arbeitsgruppe Mdellbildung und Simulatin - Königsteiner Gespräche 2001) 4

5 Simulatinswerkzeuge im Schulbereich Cmputerspiele Beispiele: SIMCITY SIEDLER Hliday Island... kntinuierliche Simulatren Beispiele: DYNASIS STELLA MODUS Vensim funktinale Simulatren Beispiele: TRYSIM (SPS- Mdelle) LEGO-Dacta diskrete Simulatren Beispiel: WinGPSS / prf 5

6 Ziele des Kurses Mdellbildung und Simulatin Die Schülerinnen und Schüler können geeignete Abstraktinstechniken zur Erstellung vn Simulatinsmdellen anwenden, erkennen, dass ein Mdell einen Ausschnitt aus der realen Welt entsprechend des gewählten Abstraktinsniveaus beschreibt, erfahren den Erkenntnisgewinn durch Analgieschlussverfahren am Beispiel vn Simulatinsexperimenten mit diesen Mdellen, erlernen den Umgang mit einer Simulatinssprache bzw. einem Simulatinswerkzeug und sind in der Lage, einfache Cmputermdelle selbst zu implementieren, erlernen Methden der Visualisierung vn Resultaten, sind in der Lage, Resultate eines Simulatinslaufes und einer Simulatinsstudie verbal zu interpretieren und kritisch zu bewerten. /aus: Entwurf RRL Sachsen-Anhalt Wahlkurs Mdellbildung und Simulatin/ 6

7 Beispiel einer Simulatinsstudie im Infrmatikunterricht Simulatin ausgewählter Abläufe in einer Sparkasse Ziele: Erfassung der Wartezeiten am Geldautmaten Analyse des Kundenverhaltens Experimentieren mit Systemveränderungen zur Verringerung der Wartezeiten Verständnis der Abläufe 7

8 Simulatinsstudie im Infrmatikunterricht Analyse des realen Systems Infrmatikinhalte Erarbeitung des System- und Mdellbegriffs Erfassung und Aufbereitung empirischer Daten Arbeitsschritte Analyse des Kundenstrmes statistische Erfassung vn Bedienzeiten Abgrenzung des Mdells (Umweltschnittstellen) Erfassen des Systemlayuts 8

9 Simulatinsstudie im Infrmatikunterricht Analyse des realen Systems Videaufnahmen und -schnitt: Arn Krüger & Heike Schliefke 9

10 Simulatinsstudie im Infrmatikunterricht Entwicklung des abstrakten Mdells Infrmatikinhalte Erlernen der Methden vn Abstraktin und Reduktin Arbeit mit infrmalen und frmalen Beschreibungsmöglichkeiten vn Systemen Arbeitsschritte Aufbereitung der empirisch erfassten Daten Beschreibung der Daten und Przesse in einer geeigneten Frm 10

11 Simulatinsstudie im Infrmatikunterricht Entwicklung des Mdells Reales System Mdellelement Sprachelement WinGPSS GENERATE Quelle TERMINATE Senke Frderung Transaktin 11

12 Simulatinsstudie im Infrmatikunterricht Entwicklung des Mdells Reales System Mdellelement Sprachelement Geldautmat WinGPSS Bedienstatin SEIZE ADVANCE RELEASE Kntauszugdrucker Bedienstatin 12

13 Simulatinsstudie im Infrmatikunterricht Entwicklung des Mdells Reales System Abstand zwischen dem Eintreffen vn zwei Kunden Anteil der Kunden für den Geldautmat Bediendauer am Geldautmat Anteil der Kunden, die vm Geldautmat zum Kntauszugdrucker gehen Drucken vn Kntauszügen Öffnungszeit Parameter 2 ± 2 Minuten 80% 2 ± 1 Minuten 70% 1,5 ± 0,5 Minuten 12 Stunden 13

14 Simulatinsstudie im Infrmatikunterricht Implementierung des Mdells Infrmatikinhalte Erlernen einer Simulatinssprache bzw. Anwendung einer bekannten Prgrammiersprache auf ein kmplexes System Erlernen grundlegender Validierungstechniken Arbeitsschritte Implementierung des Cmputermdells Validierung des Mdells am realen System Gestaltung vn Simulatinsexperimenten Interpretatin der Simulatinsresultate WinGPSS 14

15 Simulatinsstudie im Infrmatikunterricht Präsentatin der Ergebnisse Infrmatikinhalte Erlernen vn Visualisierungs- und Präsentatinstechniken kritische Betrachtung der Ergebnisse vn Berechnungen Erkenntnisgewinn durch Simulatinsstudien Arbeitsschritte Erarbeitung geeigneter Präsentatinstechniken statistische Auswertung der Simulatinsresultate über mehre Läufe Animatin der Ergebnisse Ableiten vn Schlussflgerungen für das reale System 15

16 Simulatinsstudie im Infrmatikunterricht Präsentatin der Ergebnisse PROOF 16

17 Infrmatikinhalte einer Simulatinsstudie Phase ausgewählte Infrmatikinhalte Auswahl und Beschreibung des Bediensystems Entwicklung des abstrakten Mdells Implementierung des Cmputermdells Aufbereitung und Präsentatin der Ergebnisse Erarbeiten des System- und Mdellbegriffs Erfassen und Aufbereiten empirischer Daten Erlernen der Methden vn Abstraktin und Reduktin Arbeiten mit frmalen Beschreibungsmöglichkeiten vn Systemen Erlernen einer Simulatinssprache bzw. Anwendung einer bekannten Prgrammiersprache auf ein kmplexes System Erlernen der grundlegenden Validierungstechniken Erlernen vn Visualisierungs- und Präsentatinstechniken kritische Betrachtung der Ergebnisse vn Berechnungen Erkenntnisgewinn durch Simulatinsstudien 17

18 Infrmatikausbildung in der Schule Welche Inhalte, Kenntnisse und Fertigkeiten aus dem Bereich der Infrmatik sllten Bestandteil der schulischen Ausbildung sein? 18