【高校情報1】モデル化って？解くコツや例題を紹介 - コトゼニ～学習塾とボクと、時々プログラミング〜

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生徒

「情報」でモデル化が出てきたけど、意味がわからない…

という方に向けた記事になっています。

「情報I」で範囲になっているモデル化。パッと聞いてもあまりよくわからないですよね。そこでこの記事では

モデル化とは
範囲は？どのように出題されそうか？
解くコツ

について紹介します。ぜひ最後まで読んでみてください！

本記事の信頼性

この記事の信頼性

教育業界・学習塾で10年以上勤務。
500人以上の生徒に学習・進路指導
指導した受験生の合格率 94.7%
学習塾で「情報」科を指導・プログラミングの講師
「X」で情報Ⅰの語句チェック配信中（@kotozeni）

1 モデル化とは？大事なことは？
2 モデル化はどの範囲？どういう問題で出題される？
3 「モデル化」問題を解くコツ
- 3.1 モデル化の種類や手順、目的を答える問題
4 まとめ

モデル化とは？大事なことは？

モデル化は，「問題解決の手法の一つ」と考えましょう。

たとえば，都市を開発する前に完成型を縮小した模型を作ると、

どのような外装や間取りになるのかというイメージを共有
設計に問題がないかの確認

ができるようになります。

また化学で、実物を拡大したモデルである分子模型を見たこともあるのでしょう。これもモデル化です。

このように，モデル化は

「現実の複雑なシステムやプロセスを単純化し、理解しやすい形に変換するプロセス」であり、

端的に言うと「図式化」「単純化」とも言えます。

また、「実物を作る前に設計に問題がないかを確認する」「化学の学習が進めやすくなる」といった問題解決の側面もあります。

そのため問題解決の1つと言えるのです。

モデル化の問題で覚えることは

モデル化の問題で大事なことは

モデル化の手順
モデル化の種類・用語
モデル化での表現方法

を覚えることです。

モデル化の手順

モデル化は、以下の手順で行います。

目的の明確化
構造決め
数式や図などで表現する

です。それぞれの目的は以下となります。

目的の明確化

モデル化をする対象は何か，なぜモデル化するのかを明確にする

構造決め

モデル化する要素間の関係を明確にする。

目的の明確化

対象に合った図や数式、複型などでモデルを表す。

これらの手順でモデル化します。

手順はそこまで複雑ではありませんよね。

モデル化の種類・用語

モデル化の問題で覚えるべき用語を確認しましょう。

静的モデル
動的モデル
確定的モデル
確率的モデル
物理モデル
論理モデル

まずはこれらの用語を覚えておきましょう。

静的モデル

静的モデルとは

「時間経過が他の要素に影響を与えないモデル」のことです。

静的モデルの例

路線図

路線図は地理的な情報を示すためのマップであり、一般的にある時点での地理的な配置や関連する情報を提供します。

時間の経過に伴う変化や移動の様子を反映するのではなく、特定の瞬間の状態を示すことが主な目的です。

動的モデル

動的モデルとは

「時間経過が他の要素に影響を与えるモデル」のことです。

動的モデルの例

シミュレーションモデル

シミュレーションモデルは時間の経過に伴う様々な要因を考慮に入れて、システムの挙動をモデリングします。

例えば、気象シミュレーションや交通流のモデリングなどに使われています。

確定的モデル

モデル化する対象が規則的に変動するかどうかに着目すると「確定的モデル」と「確率的モデル」に分類することができます。

確定的モデルとは、規則的な現象のモデルのことです。

確定的モデルの例

振り子の運動

物理法則に基づく振り子の運動は確定的モデルです。

振り子の挙動は、初期条件と物理法則によって完全に定義され、同じ初期条件ならば常に同じ結果が得られます。

このような例は確定的モデルと言えます。

確率的モデル

続いて、確率的モデルとは、不規則的な現象のモデルのことです。

不確かさやランダム性を考慮する必要があり、確率的要素が加わります。

確定的モデルの例

サイコロの出目

イコロを振る行為は確率的です。各面が均等に出る確率が1/6であるため、どの面が出るかは確定的ではなく、ランダムな結果が期待されます。

株価のモデリング

株価の動きは多くの要因に依存し、未来の株価を確定的に予測することは難しいです。ここで確率的モデルやランダムウォークモデルが利用され、株価の変動を確率的にモデル化します。

モデル化の表現方法

表現形式による分類は

物理モデル
論理モデル

に分けられます。

物理モデル

物理モデルとは物理的に表現したモデルのことです。

物理モデルの中には

実物モデル
拡大モデル
縮小モデル

があります。

実物モデルの例

モデルルーム

マンションや家のモデルルームは、実物大のモデルで、実物モデルと言えます。

拡大モデルの例

分子模型

冒頭で触れた、分子模型は、拡大モデルの典型的な例です。

分子は目に見えないですが、それを拡大することで視覚的に認知できるようにしています。そのため拡大モデルと言えます。

縮小モデルの例

地球儀

地球儀は縮小モデルと言えます。

実在するが、大きすぎるもの（ここでは地球）を縮小しモデル化することでさまざまな問題解決に役立てます。

論理モデル

論理モデルは図や数式で表現したモデルのことです。

論理モデルには

図的モデル
数式モデル

があります。

図的モデルの例

フローチャート

プログラミングでも使用されるフローチャートなどは、手順を図化しているもので、図的モデルと言えます。

数式モデルの例

数式

数式モデルとは数学的な式や方程式を使用して、あるシステムやプロセスを表現するものです。

たとえば、y=ax+b や、F=ma などの数式がこれにあたります。

モデル化はどの範囲？どういう問題で出題される？

それでは「情報I」ではモデル化はどの範囲に含まれるのかというと、

「コンピュータとプログラミング」にて出てきます。

大学入学共通テストでは第二問での出題が高いですので、得点源にしたいところです。

「モデル化」問題を解くコツ

この範囲の問題で出題されるのは主に以下のパターンです。

モデル化の種類や手順、目的を答える問題

多く出題される問題のひとつに、「モデル化の種類や手順、目的を求める」問題があります。

たとえば

問題の本質的な部分だけを残して単純化・抽象化することを（①）という。

表現形式によってモデルを分類すると、実物を模した（②）モデル、現象や手続きなどを表現した（ ③ ）モデルに分けられる。また。対象の特性によってモデルを分類すると、時間の経過がほかの要素に影響を与えない（ ④ ）モデルと影響を与える（ ⑤ ）モデル、変動する要素の有無によって，結果が一つに定まる（ ⑥ ）モデルと結果が一つに定まらない（ ⑦ ）モデルに分けられる。

解答