Model in metoda modeliranja v znanstvenem raziskovanju. Modeliranje kot raziskovalna metoda
Model - formalizirana predstavitev realnega predmeta, procesa ali pojava, izražena z različnimi sredstvi: matematičnimi odnosi, številkami, besedili, grafi, risbami, besednimi opisi, materialnimi predmeti. Model mora odražati bistvene značilnosti preučevanega predmeta, pojava ali procesa.
Modelarstvo je metoda spoznavanja, ki sestoji iz ustvarjanja in proučevanja modelov.
Cilji modeliranja:
1. Razumeti bistvo preučevanega predmeta;
2. Naučiti se upravljati z objektom in določiti najboljše metode upravljanja;
3. Predvidevanje neposrednih ali posrednih posledic;
4. Reši aplikativne probleme.
2. Razvrstitev in oblike predstavitve modelov
Odvisno od naloge, načina izdelave modela in predmetno področje Obstaja veliko vrst modelov:
· Po področju uporabe Obstajajo izobraževalni, eksperimentalni, igralni, simulacijski in raziskovalni modeli.
· Glede na časovni faktor Obstajajo statični in dinamični modeli.
· Glede na obliko predstavitve modeli so lahko matematični, geometrijski, verbalni, logični, posebni (opombe, kemijske formule itd.).
· Po načinu predstavitve modele delimo na informacijske (nesnovne, abstraktne) in materialne. Informacijske modele delimo na znakovne in verbalne, znakovne modele pa na računalniške in neračunalniške.
Informacijski model je niz informacij, ki označujejo lastnosti in stanje predmeta, procesa ali pojava.
Verbalni model- informacijski model v miselni ali pogovorni obliki.
Ikonični model- informacijski model, izražen s posebnimi znaki, to je s pomočjo katerega koli formalnega jezika.
Matematični model– sistem matematičnih razmerij, ki opisujejo proces ali pojav.
Računalniški model - matematični model, izražen s sredstvi programsko okolje.
Izkušeni modeli – gre za pomanjšane ali povečane kopije oblikovanega predmeta. Imenujejo se tudi v polnem merilu in se uporabljajo za preučevanje predmeta in napovedovanje njegovih prihodnjih značilnosti.
Za preučevanje procesov in pojavov so ustvarjeni znanstveni in tehnični modeli.
Simulacijski modeli ne samo odražajo resničnosti z različnimi stopnjami natančnosti, ampak jo posnemajo. Poskus bodisi večkrat ponovimo, da preučimo in ovrednotimo posledice kakršnih koli dejanj na realno situacijo, ali pa ga izvedemo hkrati s številnimi drugimi podobnimi predmeti, vendar postavljenimi v različni pogoji. Podoben način izbire prava odločitev klical s poskusi in napakami.
Statični model – je kot enkraten posnetek informacij o objektu.
Dinamični model vam omogoča, da vidite spremembe v predmetu skozi čas.
Kot je razvidno iz primerov, je mogoče isti objekt preučevati tako z uporabo statičnih kot dinamičnih modelov.
Materialne modele sicer lahko imenujemo objektivni, fizični. Reproducirajo geometrijske in fizične lastnosti izvirnika in imajo vedno resnično utelešenje.
Informacijskih modelov se ne da dotakniti ali videti z lastnimi očmi; nimajo materialnega utelešenja, ker so zgrajeni samo na informacijah. Ta metoda modeliranja temelji na informacijskem pristopu k preučevanju okoliške resničnosti.
FGOU VPO "Vologdsko državno mlekarstvo".
Akademija po imenu N.V. Vereščagin"
Oddelek za filozofijo
»Model in metoda modeliranja v znanstveno raziskovanje»
Vologda - Mlekarna 2011
Uvod
1. Konceptni model
2.Razvrstitev modelov in vrste modeliranja
.Modeliranje ciljev
.Osnovne simulacijske funkcije
4.1Modeliranje kot orodje eksperimentalne raziskave
4.2Modeliranje in problem resnice
5.Mesto modelov v strukturi eksperimenta, modelni eksperiment
Zaključek
Seznam uporabljenih virov
Uvod
S procesom modeliranja in različnimi modeli se človek začne srečevati že v zgodnjem otroštvu. Torej, ko se dojenček še ne nauči samozavestno hoditi, se začne igrati s kockami in graditi iz njih različne oblike(natančneje modeli). Obkrožajo ga najrazličnejše igrače, večina pa v večji ali manjši meri reproducira (modelira) posamezne lastnosti in oblike v resničnem življenju. obstoječi predmeti in predmeti. V tem smislu lahko takšne igrače obravnavamo tudi kot modele ustreznih predmetov.
V šoli skoraj ves pouk temelji na takšni ali drugačni uporabi modelov. Dejansko, da se seznanijo z osnovnimi strukturami in pravili materni jezik Uporabljajo se različni strukturni diagrami in tabele, ki jih lahko štejemo za modele, ki odražajo lastnosti jezika. Proces pisanja eseja je treba razumeti kot modeliranje nekega dogodka ali pojava z uporabo maternega jezika. Pri pouku biologije, fizike, kemije in anatomije se plakatom in diagramom (t. i. maketam) dodajo makete (tudi modeli) realnih predmetov, ki se preučujejo. Pri pouku risanja ali skiciranja se na listu papirja ali whatmanu ustvarijo modeli različnih predmetov, izraziti figurativni jezik ali bolj formaliziran risarski jezik.
Tudi tako težko formalizirano področje znanja, kot je zgodovina, lahko štejemo tudi za nenehno razvijajoč se niz modelov preteklosti ljudstva, države itd. Z ugotavljanjem vzorcev v pojavljanju različnih zgodovinskih dogodkov (revolucij, vojn, pospeškov ali zastojev zgodovinskega razvoja) je mogoče ne samo ugotoviti vzroke, ki so privedli do teh dogodkov, temveč tudi predvideti in celo upravljati njihov nastanek in razvoj. v prihodnosti.
Tako lahko modele štejemo za sliko, ki jo je naslikal umetnik, za umetniško delo in za skulpturo. Celo človekova življenjska izkušnja, njegove predstave o svetu so primer vzorca. Poleg tega je človekovo vedenje določeno z modelom, oblikovanim v njegovih mislih. Psiholog ali učitelj lahko s spreminjanjem parametrov takšnega notranjega modela v nekaterih primerih bistveno vpliva na vedenje osebe.
Brez pretiravanja lahko trdimo, da se človek v svojem zavestnem življenju ukvarja izključno z modeli določenih resničnih predmetov, procesov in pojavov. Poleg tega isti predmet različni ljudje dojemajo na različne načine, včasih ravno nasprotno. To je dojemanje mentalna podoba Predmet je tudi vrsta modela slednjega (ti kognitivni model) in je bistveno odvisen od številnih dejavnikov: kakovosti in obsega znanja, značilnosti mišljenja, čustvenega stanja. določena oseba»tukaj in zdaj« in od mnogih drugih, pogosto nedostopnih razumskemu zavedanju. Vloga modelov in simulacije je še posebej pomembna pri moderna znanost in tehnologijo.
Ali je mogoče upravljati tehnologijo brez uporabe določenih vrst modelov? Očiten odgovor je ne! Novo letalo je seveda mogoče zgraditi »iz glave« (brez predhodnih izračunov, risb, eksperimentalnih vzorcev, torej z uporabo enega samega idealnega modela, ki obstaja v zamislih konstruktorja), vendar je malo verjetno, da bo dovolj učinkovito in zanesljivo. oblikovanje. Njegova edina prednost je edinstvenost. Navsezadnje tudi avtor ne bo mogel ponovno izdelati popolnoma enakega letala, saj bo v procesu izdelave prve kopije pridobljenih nekaj izkušenj, ki bodo zagotovo spremenile idealni model v glavi samega oblikovalca.
Bolj kompleksen in zanesljiv mora biti tehnični izdelek, večje število vrst modelov bo potrebno v fazi načrtovanja.
Kompleksne izdelke praviloma ustvarjajo cele skupine razvijalcev. Celoten nabor različnih modelov, ki jih uporabljajo, omogoča oblikovanje idealnega modela produkta v razvoju, ki je skupen celotni ekipi. Pravi tehnični izdelek lahko obravnavamo kot materialni model (analog) idealnega modela, ki so ga ustvarili avtorji.
Povečano zanimanje filozofije in metodologije znanja na temo modeliranja je posledica pomena, ki ga je metoda modeliranja dobila v sodobni znanosti, zlasti v takšnih delih, kot so fizika, kemija, biologija, kibernetika, da ne omenjam mnogih tehnične vede.
Vendar modeliranje kot specifično sredstvo in oblika znanstvena spoznanja ni izum 19. ali 20. stoletja. Dovolj je izpostaviti ideje Demokrita in Epikurja o atomih, njihovi obliki in načinih povezovanja, o atomskih vrtincih in prhah, razlagah. fizikalne lastnosti različne stvari (in občutki, ki jih povzročajo) s pomočjo ideje o okroglih in gladkih ali kljukastih delcih, »prepletenih drug z drugim kot prepletene veje« (Lukrecij), ne pozabite, da je bila znana antiteza geocentričnega in heliocentričnega pogleda na svet temelji na dveh bistveno različnih modelih vesolja, opisanih v "Almagest" Ptolemeja in delu N. Kopernika "O pretvorbah" nebesne sfere”, da bi odkrili zelo starodavne izvore te metode. Če pogledate natančno zgodovinski razvoj znanstvene ideje in metod je zlahka videti, da modeli nikoli niso izginili iz arzenala znanosti.
1. Konceptni model
Beseda "model" izvira iz latinska beseda"modelium" pomeni: ukrep, metoda itd. Njegov prvotni pomen je bil povezan z graditeljsko umetnostjo, in to skoraj v vseh evropskih jezikov uporabljen je bil za označevanje podobe ali stvari, ki je v nekem pogledu podobna drugi stvari.« Po mnenju mnogih avtorjev je bil model prvotno uporabljen kot izomorfna teorija (dve teoriji se imenujeta izomorfni, če imata druga z drugo strukturno podobnost ).
Po drugi strani pa se je v naravoslovnih vedah, kot so astronomija, mehanika in fizika, izraz »model« začel uporabljati za označevanje tega, kar opisuje. V.A. Shtoff ugotavlja, da je »tu beseda »model« povezana z dvema tesnima, a nekoliko različne pojme»Madel v širšem smislu razumemo kot miselno ali praktično ustvarjeno strukturo, ki v poenostavljeni in vizualni obliki reproducira del realnosti. To so zlasti Anaksimandrove predstave o Zemlji kot ploščatem valju, okoli katerega so votle cevi, napolnjene z ognjem. z luknjami se vrtijo. Model v tem smislu deluje kot nekakšna idealizacija, poenostavitev realnosti, čeprav se lahko sama narava in stopnja poenostavitve, ki jo uvaja model, sčasoma spreminjata za prikaz določenega področja pojavov z uporabo drugega, bolj raziskanega, lažje razumljivega, so fiziki 18. stoletja poskušali prikazati optično in električni pojavi prek mehanskega (" planetarni model atom" - struktura atoma je bila prikazana kot struktura sončni sistem). Tako v teh dveh primerih model razumemo bodisi kot specifično podobo preučevanega predmeta, v kateri so prikazane resnične ali domnevne lastnosti, bodisi kot drug predmet, ki dejansko obstaja skupaj s preučevano stvarjo in ji je podoben v odnosu. na nekatere posebne lastnosti ali strukturne značilnosti. V tem smislu model ni teorija, ampak je tisto, kar dana teorija opisuje, nekakšen predmet te teorije.
V številnih razpravah, posvečenih epistemološki vlogi in metodološki pomen modeliranje, se je ta izraz uporabljal kot sinonim za znanje, teorijo, hipotezo itd. Na primer, model se pogosto uporablja kot sinonim za teorijo, ko teorija še ni dovolj razvita, je v njej malo deduktivnih korakov in je veliko nejasnosti. Včasih se ta izraz uporablja kot sinonim za katero koli kvantitativno teorijo, matematični opis. Nedoslednost takšne uporabe z epistemološkega vidika, po mnenju V.A. IIItoff, je, da "takšna raba besed ne povzroča novih epistemoloških problemov, ki bi bili specifični za modele." Bistvena lastnost Kar razlikuje model od teorije (po I. T. Frolovu), ni stopnja poenostavitve, ne stopnja abstrakcije in torej ne število teh abstrakcij in doseženih abstrakcij, temveč način izražanja teh abstrakcij, poenostavitev in abstrakcij, značilnost modela.
V filozofski literaturi, posvečeni vprašanjem modeliranja, se predlaga različne definicije modeli. Opredelitev I.T. Frolov: »Modeliranje pomeni materialno ali mentalno posnemanje realnosti obstoječi sistem s posebnim izdelovanjem analogov (modelov), v katerih se reproducirajo principi organizacije in delovanja tega sistema." Tu izhaja ideja, da je model sredstvo spoznavanja, njegova glavna značilnost je prikaz. Po našem mnenju je najbolj popolna definicija Koncept »modela« je podal V. A. IIItoff v svoji knjigi »Modeliranje in filozofija«: »Model je razumljen kot mentalno predstavljen ali materialno realiziran sistem, ki ga je zmožen prikazati ali reproducirati predmet proučevanja tako, da ga nadomesti da nam njegova študija daje nove informacije o tem predmetu."
Pri nadaljnjem obravnavanju modelov in procesa modeliranja bomo izhajali iz dejstva, da je skupna lastnost vseh modelov njihova sposobnost odražanja realnosti. Glede na to, s kakšnimi sredstvi, pod kakšnimi pogoji, v zvezi s kakšnimi predmeti spoznanja se ta skupna lastnost uresničuje, nastanejo najrazličnejši modeli, s tem pa tudi problem razvrščanja modelov.
2. Razvrstitev modelov in vrste modeliranja
V literaturi, posvečeni filozofskim vidikom modeliranja, so predstavljeni različni klasifikacijski kriteriji, po katerih različne vrste modeli. Na primer, v (2 str. 23) so poimenovani naslednji znaki:
Način gradnje (modelna oblika);
Kvalitativna specifičnost (vsebina modela).
Glede na način izdelave modelov ločimo materialne in idealne. Osredotočimo se na skupino materialnih modelov. Kljub temu, da je te modele ustvaril človek, objektivno obstajajo. Njihov namen je specifičen - odražajo prostorske lastnosti, dinamiko preučevanih procesov, odvisnosti in povezave. Materialni modeli so s predmeti povezani z relacijo analogije.
Materialni modeli so neločljivo povezani z imaginarnimi (še preden karkoli zgradimo - najprej teoretično idejo, utemeljitev). Ti modeli ostanejo mentalni, tudi če so utelešeni v neki materialni obliki. Večina teh modelov se ne pretvarja, da so materialno utelešeni. Po obliki so lahko:
Figurativno, zgrajeno iz čutno vizualnih elementov;
Na podlagi znakov so v teh modelih elementi razmerja in lastnosti modeliranih pojavov izraženi z uporabo določenih znakov;
Mešano, ki združuje lastnosti figurativnih in ikoničnih modelov.
Prednosti te klasifikacije so, da zagotavlja dobro osnovo za analizo dveh glavnih funkcij modela:
Praktično (kot sredstvo znanstvenega eksperimenta)
Teoretična (kot posebna podoba realnosti, ki vsebuje elemente logičnega in čutnega, abstraktnega in konkretnega, splošnega in individualnega).
B.A. ima še eno klasifikacijo. Glinsky v svoji knjigi "Modeliranje kot metoda znanstvenega raziskovanja", kjer so poleg običajne delitve modelov glede na način njihovega izvajanja razdeljeni tudi glede na naravo reprodukcije vidikov izvirnika:
Precejšnje
Strukturni
Funkcionalen
Mešano
Odvisno od načina razmišljanja raziskovalca modela, njegovega pogleda na svet in uporabljene algebre lahko modeli prevzamejo drugačna oblika. Uporaba različnih matematičnih orodij posledično vodi do različnih možnosti pri reševanju problemov.
Modeli so lahko:
Fenomenološko in abstraktno;
Aktivno in pasivno;
Statično in dinamično;
Diskretno in neprekinjeno;
Deterministični in stohastični;
Funkcionalno in objektno.
Fenomenološki modeli so močno vezani na določen pojav. Spreminjajoče se razmere pogosto precej otežijo uporabo modela v novih pogojih. To se zgodi zato, ker pri sestavljanju modela ni bilo mogoče konstruirati z vidika podobnosti z notranjo strukturo modeliranega sistema. Fenomenološki model izraža zunanjo podobnost.
Abstraktni model reproducira sistem z njegovega vidika notranja struktura, ga natančneje kopira. Ima več možnosti, širši razred problemov, ki jih je treba rešiti.
Aktivni modeli komunicirajo z uporabnikom; ne samo, da lahko kot pasivni odgovori na uporabnikova vprašanja, ko jih ta vpraša, ampak tudi sami aktivirajo dialog, spremenijo njegovo linijo, avtogoli. Vse to se zgodi zaradi dejstva, da se aktivni modeli lahko spremenijo sami.
Statični modeli opisujejo pojave brez razvoja. Dinamični modeli izsledijo obnašanje sistemov, tako da pri svojem snemanju uporabijo npr. diferencialne enačbe, izpeljanke časa.
Diskretni in zvezni modeli. Diskretni modeli naglo spremenijo stanje spremenljivk, ker jih nimajo podroben opis povezave vzroka in posledice, je del procesa raziskovalcu skrit.
Neprekinjeni modeli so natančnejši in vsebujejo informacije o podrobnostih prehoda.
Deterministični in stohastični modeli. Če je posledica natančno določena z vzrokom, potem model deterministično predstavlja proces. Če zaradi nepoznavanja podrobnosti ni mogoče natančno opisati razmerja vzrokov in posledic in je možen le splošen, statistični opis (kar se pri kompleksnih sistemih pogosto zgodi), se model zgradi s pomočjo koncept verjetnosti.
Porazdeljeni, strukturni, združeni modeli. Če ima parameter, ki opisuje lastnost predmeta, enako vrednost na kateri koli od svojih točk (čeprav se lahko sčasoma spremeni!), potem je to sistem z združenimi parametri. Če ima parameter različne vrednosti v različne točke objekt, potem pravijo, da je porazdeljen, in model, ki opisuje predmet, je porazdeljen. Včasih model kopira strukturo predmeta, vendar so parametri objekta koncentrirani, potem je model strukturen.
Funkcionalni in objektni modeli. Če opis prihaja z vidika vedenja, potem je model zgrajen na funkcionalni osnovi. Če je opis vsakega predmeta ločen od opisa drugega predmeta, če so opisane lastnosti predmeta, iz katerih sledi njegovo obnašanje, potem je model objektno orientiran.
Vsak pristop ima svoje prednosti in slabosti. Različna matematična orodja imajo različne zmožnosti (moč) za reševanje problemov in različne potrebe po računalniških virih. Isti predmet je mogoče opisati na različne načine. Inženir mora kompetentno uporabiti enega ali drugega koncepta glede na trenutne razmere in problem, s katerim se sooča.
Zgornja razvrstitev je idealna. Modeli kompleksnih sistemov imajo običajno kompleksno obliko in uporabljajo več predstavitev hkrati. Če je mogoče model zmanjšati na eno vrsto, za katero je algebra že oblikovana, potem sta preučevanje modela in reševanje problemov na njem bistveno poenostavljena in postala standardna. Da bi to naredili, je treba model na različne načine (poenostavitev, preoblikovanje itd.) spraviti v kanonično obliko, torej v obliko, za katero so že oblikovane algebra in njene metode. Odvisno od vrste uporabljenega modela (algebraični, diferencialni, grafi itd.) različnih stopnjah njene raziskave uporabljajo različna matematična orodja.
Zdaj pa preidimo na vprašanja, ki so neposredno povezana s samim modeliranjem. "Modeliranje? metoda preučevanja predmetov znanja na njihovih modelih; konstruiranje in preučevanje modelov predmetov in pojavov iz resničnega življenja (organskih in anorganskih sistemov, inženirskih naprav, različnih procesov? fizikalnih, kemijskih, bioloških, družbenih) in konstruiranih predmetov za določitev ali izboljšanje njihovih lastnosti, racionalizacija metod njihove gradnje, upravljanja itd.« (8 stran 421). Modeliranje je lahko:
Predmetni (preučevanje osnovnih geometrijskih, dinamičnih, funkcionalnih značilnosti objekta na modelu);
Fizični (reprodukcija fizičnih procesov);
Predmetno zasnovan matematični (študij fizikalnega procesa z eksperimentalnim preučevanjem kakršnih koli pojavov drugačne fizikalne narave, ki pa so opisani z enakimi matematičnimi razmerji kot proces, ki se modelira);
Znak (računsko modeliranje, abstraktno - matematično).
3. Cilji modeliranja
Dobro zgrajen model je praviloma bolj dostopen, bolj informativen in bolj priročen za raziskovalca kot pravi predmet. Razmislimo o glavnih ciljih, ki si jih zasledujemo pri modeliranju znanstveno področje. Najpomembnejši in najpogostejši namen modelov je njihova uporaba pri preučevanju napovedovanja obnašanja kompleksnih procesov in pojavov. Upoštevati je treba, da nekaterih predmetov in pojavov sploh ni mogoče neposredno preučevati. Na primer, širok obseg v polnem obsegu poskusi z gospodarstvom države ali z zdravjem njenega prebivalstva (čeprav se oboje izvaja in izvaja z določeno periodičnostjo). Eksperimenti s preteklostjo katere koli države ali ljudstva so načeloma nemogoči ( Zgodovina ne prenaša konjunktivno razpoloženje). Nemogoče je (vsaj trenutno) izvesti poskus za neposredno preučevanje strukture zvezd. Mnogi poskusi niso izvedljivi zaradi visokih stroškov ali tveganja za ljudi ali njihovo okolje. Praviloma so trenutno vse predhodne študije tretjih oseb različnih modelov pojava pred kakršnimi koli kompleksnimi poskusi. Poleg tega eksperimenti na modelih z uporabo računalnika omogočajo razvoj načrta za poskuse v polnem obsegu, ugotavljanje zahtevanih lastnosti merilne opreme, določitev obdobja za izvajanje opazovanj in tudi oceno stroškov takšnega poskusa. Drugi, nič manj pomemben namen modelov je, da se z njihovo pomočjo identificirajo najpomembnejši dejavniki, ki tvorijo določene lastnosti predmeta, saj sam model odraža le nekatere osnovne značilnosti izvirnega predmeta, katerih upoštevanje je potrebno pri preučevanju določenega procesa ali pojava. Na primer, s proučevanjem gibanja masivnega telesa v atmosferi blizu zemeljskega površja na podlagi znanih eksperimentalnih podatkov in predhodne fizikalne analize lahko ugotovimo, da je pospešek bistveno odvisen od mase in geometrijska oblika tega telesa (zlasti od velikosti prečnega prereza predmeta na smer gibanja), v do določene mere na hrapavost površine, ni pa odvisna od barve površine. Pri obravnavanju gibanja istega telesa zgornje plasti atmosferi, kjer lahko zanemarimo zračni upor, postaneta tako oblika kot površinska hrapavost nepomembni.
Seveda je model vsakega realnega procesa ali pojava »revnejši« od njega samega kot objektivno obstoječega (procesa, pojava). Hkrati je dober model »bogatejši« od tistega, kar je mišljeno z realnostjo, saj v kompleksnih sistemih človek (ali skupina ljudi) praviloma ni sposoben razumeti celotnega niza povezav »naenkrat«. ”. Model vam omogoča, da se z njim "igrate": omogočite ali onemogočite določene povezave, jih spremenite, da razumete njihov pomen za obnašanje sistema kot celote.
Model vam omogoča, da se naučite pravilno nadzorovati objekt s preizkušanjem različnih možnosti nadzora. Uporaba pravega predmeta za to je pogosto tvegana ali preprosto nemogoča. Varneje, hitreje in ceneje je na primer pridobiti prve veščine letenja sodobnega letala na simulatorju (tj. modelu), kot pa se podvržeti in drag avto tveganje.
Če se lastnosti predmeta sčasoma spremenijo, potem je naloga napovedovanja stanj takega predmeta pod vplivom različni dejavniki. Na primer, pri načrtovanju in delovanju katere koli zapletene tehnične naprave je zaželeno, da lahko predvidimo spremembe v zanesljivosti delovanja tako posameznih podsistemov kot celotne naprave kot celote.
Torej je model potreben za:
) razumeti, kako deluje določen predmet: kakšna je njegova zgradba, notranje povezave, osnovne lastnosti, zakonitosti razvoja, samorazvoja in interakcije z okoljem;
) naučiti se obvladovati objekt ali proces, določiti najboljše metode vodenja za dane cilje in merila;
3) predvideti neposredne in posredne posledice izvajanja določenih metod in oblik vpliva na predmet.
simulacijski znanstveni eksperiment
4. Osnovne funkcije modeliranja
1 Modeliranje kot sredstvo eksperimentalnega raziskovanja
Upoštevanje materialnih modelov kot orodij eksperimentalne dejavnosti vzbuja potrebo po ugotovitvi, kako se eksperimenti, ki uporabljajo modele, razlikujejo od tistih, ki jih ne uporabljajo. Preoblikovanje eksperimenta v eno glavnih oblik prakse, ki se je dogajalo vzporedno z razvojem znanosti, je postalo dejstvo, saj je postala mogoča široka uporaba naravoslovja v proizvodnji, kar je bila posledica prve industrijske revolucije, ki je začela dobo strojne proizvodnje. Posebnost eksperimenta kot oblike praktične dejavnosti je, da eksperiment izraža aktiven odnos osebe do realnosti. Zaradi tega je v marksistični epistemologiji jasno razlikovanje med eksperimentom in znanstvenim spoznanjem. Čeprav vsak eksperiment vključuje tudi opazovanje kot nujno stopnjo raziskovanja. Vendar pa eksperiment poleg opazovanja vsebuje tudi tako bistveno lastnost revolucionarne prakse, kot je aktivna intervencija v potek preučevanega procesa. "Poskus razumemo kot vrsto dejavnosti, ki se izvaja z namenom znanstvenega spoznanja, odkrivanja objektivnih zakonov in vključuje vplivanje na predmet (proces), ki ga proučujemo, s posebnimi orodji in napravami." .
Obstaja posebna oblika eksperimenta, za katero je značilna uporaba obstoječih materialnih modelov kot posebnega sredstva eksperimentalnega raziskovanja. Ta oblika se imenuje modelni eksperiment. Za razliko od običajnega eksperimenta, kjer eksperimentalna sredstva tako ali drugače interagirajo s predmetom preučevanja, tukaj ni interakcije, saj ne eksperimentirajo s samim objektom, temveč z njegovim nadomestkom. V tem primeru sta nadomestni objekt in eksperimentalna postavitev združena in združena v eno celoto v trenutnem modelu. Tako se razkrije dvojna vloga, ki jo ima model v eksperimentu: je hkrati predmet proučevanja in eksperimentalno orodje. Za modelni eksperiment so po mnenju številnih avtorjev značilne naslednje osnovne operacije:
Prehod od naravnega objekta k modelu - gradnja modela (modeliranje v pravem pomenu besede);
Eksperimentalna študija modela;
Prehod z modela na naravni objekt, ki je sestavljen iz prenosa rezultatov, pridobljenih med študijo, na ta objekt.
Model vstopi v eksperiment, ne samo da nadomešča predmet preučevanja, lahko tudi nadomesti pogoje, pod katerimi se preučuje nek predmet običajnega eksperimenta. Navaden poskus predpostavlja prisotnost teoretičnega trenutka le v začetni trenutek raziskovanje - postavljanje hipoteze, njeno vrednotenje itd., pa tudi na končni stopnji - razprava in interpretacija pridobljenih podatkov, njihova posplošitev. Pri modelnem eksperimentu je potrebno tudi utemeljiti podobnostni odnos med modelom in naravnim objektom ter možnost ekstrapolacije dobljenih podatkov na ta objekt. V.A. IIItoff v svoji knjigi "Modeliranje in filozofija" pravi, da je teoretična osnova eksperimenta modela, predvsem na področju fizično modeliranje, je teorija podobnosti. Poda pravila modeliranja za primere, ko imata model in narava enako (ali skoraj enako) fizično naravo (2 str. 31). Toda trenutno je praksa modeliranja presegla razmeroma omejen obseg mehanskih pojavov. Nastajajoči matematični modeli, ki se po svoji fizični naravi razlikujejo od modeliranega objekta, so omogočili premagovanje omejene možnosti fizično modeliranje. Pri matematičnem modeliranju je osnova za razmerje model-narava posplošitev teorije podobnosti, ki upošteva kvalitativno heterogenost modela in objekta, njuno pripadnost različne oblike gibanje snovi. Ta posplošitev ima obliko bolj abstraktne teorije izomorfizma sistemov.
4.2 Modeliranje in problem resnice
Zanimivo je vprašanje, kakšno vlogo ima samo modeliranje v procesu dokazovanja resnice in iskanja pravega znanja. Kaj je treba razumeti pod resnico modela? Če je resnica na splošno »korelacija našega znanja z objektivno resničnostjo« (2, str. 178), potem resničnost modela pomeni ujemanje modela z objektom, lažnost modela pa pomeni odsotnost takega ujemanja. Takšna opredelitev je nujna, ni pa zadostna. Potrebna so dodatna pojasnila, ki temeljijo na upoštevanju pogojev, na podlagi katerih takšen ali drugačen model reproducira preučevani pojav. Na primer, pogoji za podobnost modela in predmeta v matematičnem modeliranju na podlagi fizikalnih analogij, ki predpostavljajo istovetnost, ko se fizični procesi v modelu in objektu razlikujejo. matematična oblika, v katerem se izražajo splošni vzorci, so bolj splošni, bolj abstraktni. Tako se pri konstruiranju določenih modelov vedno namerno abstrahirajo od določenih vidikov, lastnosti in celo odnosov, zaradi česar je podobnost med modelom in originalom v številnih parametrih očitno dovoljena. Tako se je Rutherfordov planetarni model atoma v okviru preučevanja elektronske zgradbe atoma izkazal za resničnega, model J. J. Thompsona pa za napačnega, saj njegova zgradba ni sovpadala z elektronska struktura. Resnica je lastnost znanja in predmetov materialni svet ni resnično, ni napačno, samo obstaja. Model implementira dve vrsti znanja:
Poznavanje samega modela (njegove strukture, procesov, funkcij) kot sistema, ustvarjenega z namenom reprodukcije določenega predmeta;
Teoretično znanje, s katerim je bil model zgrajen.
Natančno ob upoštevanju teoretičnih premislekov in metod, na katerih temelji konstrukcija modela, se lahko postavijo vprašanja o tem, kako natančno ta model odraža predmet in kako popolno ga odseva. V tem primeru se pojavi ideja o primerljivosti katerega koli predmeta, ki ga je izdelal človek, s podobnim naravni predmeti in o resnici te teme. Vendar je to smiselno le, če so takšni predmeti ustvarjeni s posebnim namenom upodabljanja, kopiranja ali reprodukcije določenih značilnosti naravnega predmeta. Tako lahko rečemo, da je resnica neločljivo povezana z materialnimi modeli:
Zaradi njihove povezanosti z določenim znanjem;
Zaradi prisotnosti (ali odsotnosti) izomorfizma njegove strukture s strukturo simuliranega procesa ali pojava;
zaradi odnosa modela do modeliranega predmeta, katerega del je kognitivni proces in vam omogoča reševanje določenih kognitivnih težav.
»In v tem pogledu je materialni model epistemološko sekundaren in deluje kot element epistemološke refleksije« (2, str. 180).
Modela ne moremo obravnavati le kot orodje za preverjanje, ali takšne povezave, razmerja, strukture, vzorci, ki so oblikovani v dani teoriji in implementirani v model, res obstajajo. Uspešno delo model je praktičen dokaz resničnosti teorije, to je del eksperimentalni dokaz resnica te teorije.
5. Mesto modelov v strukturi eksperimenta, modelni eksperiment
Morda se zdi, da vsak dobro izveden poskus vključuje uporabo delujočega modela. Dejansko, ker se v eksperimentalni postavitvi pojav preučuje v njegovi "čisti" obliki in dobljeni rezultati ne označujejo le tega posameznega pojava v enem samem poskusu, temveč tudi druge pojave tega razreda, na katere se prenesejo rezultati eksperimenta. na nek način se ta pojav lahko obravnava v določenem smislu kot model za druge pojave istega razreda. Vendar temu ni tako, saj je odnos med pojavi, ki jih preučujemo v posameznem poskusu, in drugimi pojavi na istem območju odnos identitete, ne analogije, pri čemer je slednja bistvena za razmerje modela. Zato velja izpostaviti posebno! oblika eksperimenta, za katero je značilna uporaba obstoječih materialnih modelov kot posebnega sredstva eksperimentalnega raziskovanja. Ta oblika eksperimenta se imenuje modelni eksperiment ali simulacija.
Bistvena razlika med modelnim poskusom in konvencionalnim je njegova edinstvena struktura. Medtem ko v običajnem eksperimentu sredstva eksperimentalnega raziskovanja tako ali drugače neposredno vplivajo na predmet študije, v modelnem eksperimentu takšne interakcije ni, saj tukaj ne eksperimentirajo s samim predmetom, temveč z njegovim nadomestkom. Hkrati je treba omeniti, da sta nadomestni objekt in eksperimentalna postavitev v trenutnem modelu združena in združena v eno celoto. »Modeliranje,« piše akademik L. I. Sedov, »je zamenjava študije pojava, ki nas zanima v naravi, s študijo podobnega pojava na modelu manjšega ali večjega obsega, običajno v posebnem. laboratorijske razmere. Bistvo modeliranja je, da je na podlagi rezultatov poskusov z modeli mogoče podati potrebne odgovore o naravi učinkov in o različnih količinah, povezanih s pojavom v naravnih razmerah.«
V zvezi s tem podrobneje razmislimo o strukturi modelnega eksperimenta konkreten primer. V ta namen vzemimo model gibanja plinov v parnem kotlu. Tak model je izdelan in preučen na naslednji način. Iz industrijskih preizkusov kotla-objekta so pridobljeni nekateri podatki in parametri, predstavljeni v obrazcu značilne količine. S pomočjo ustreznih teoretičnih sredstev (logičnih pravil, matematičnih sredstev, pravil in kriterijev teorije podobnosti) se izračuna model, ki nam omogoča razrešitev vprašanja optimalni pogoji njegova zasnova (dimenzije, fizična narava elementi modeliranja, izbor materialov, metode in nameni njegovega nadaljnjega raziskovanja). Tako je prva stopnja teoretični izračun modela, teoretična razmišljanja o nalogah, ciljih in metodah nadaljnjega eksperimentiranja z njim. Naslednji korak je izdelava samega modela. Sledijo opazovanja, meritve potrebnih parametrov, spremembe in variacije pogojev, ponavljanje pogojev delovanja samega modela itd.
Na primer, preučevanje modela gibanja plina v kotlu je naslednje. Ne omejujejo se le na preprosto opazovanje, kar očitno ni dovolj, fotografirajo s posebnimi osvetlitvami in ustvarjajo črtne risbe, ki jih kljub pečatu subjektivnosti odlikuje velika preprostost in jasnost. Za izboljšanje pogojev za opazovanje gibanja tekočine skozi cevi se uporabljajo različne metode niansiranja. Nato se opravijo meritve tlaka ali hitrosti gibanja vode ali plinov, pretoka tekočine, temperature, količine toplote itd.
Tako se na novi stopnji eksperimenta, ko je model zgrajen, subjektivna aktivnost eksperimentatorja nadaljuje, vendar se dodajo novi vidiki, povezani z objektivno stranjo eksperimenta - sam model (tj. neka eksperimentalna postavitev) in tehnični sredstva (svetilke, zasloni, kamere, kemikalije, termometri, kalorimetri in drugi merilni instrumenti), s pomočjo katerih se izvajajo opazovanja in meritve. Vsa ta sredstva, ki se uporabljajo pri preučevanju modela, so materialna sredstva, ki označujejo objektivno stran katerega koli eksperimenta. Tu pa poleg njih k objektivni strani sodi tudi sam model, v našem primeru model parnega kotla.
Upravičeno je zastaviti vprašanje: kakšno je mesto modela v eksperimentu? Jasno je, da je del epistemološkega predmeta, pa tudi sredstva eksperimentalnega raziskovanja, toda ali je v celoti del slednjih ali je nekaj drugega kot njiju?
Po eni strani je očitno, da model ni zgrajen kot sam sebi namen, temveč kot sredstvo za proučevanje nekega drugega predmeta, ki ga nadomešča, s katerim je v določenih razmerjih podobnosti ali korespondence. Raziskovalca ne zanimajo lastnosti modela same po sebi, ampak le toliko, kolikor njihovo preučevanje omogoča presojo lastnosti drugega predmeta in pridobitev nekaterih informacij o njem. Ta subjekt deluje kot pravi predmet študija, model pa je v zvezi z njim le sredstvo eksperimentalnega raziskovanja. Po drugi strani pa je v tem poskusu model predmet proučevanja. Ne preučuje se samo način njegovega delovanja pod določenimi pogoji vizualna opazovanja, vendar se njegovi parametri merijo tudi s posebnimi instrumenti. Podvržen je določenim vzročnim vplivom in eksperimentator beleži reakcijo tega sistema na te sistematične vplive itd. Z eno besedo, v tem eksperimentu se model preučuje kot določen predmet preučevanja in v zvezi s tem je predmet študija.
Tako se razkrije dvojna vloga, ki jo ima model v eksperimentu: je hkrati predmet proučevanja (saj nadomešča drug, pristen objekt) in eksperimentalno orodje (saj je sredstvo za spoznavanje tega predmeta).
Zaradi dvojne vloge modela struktura eksperimenta; bistveno spremeni in postane kompleksnejša. Če sta bila v navadnem ali polnem eksperimentu predmet študije in naprava v neposredni interakciji, saj je eksperimentator z napravo neposredno vplival na predmet, ki ga proučujejo, potem je v modelnem eksperimentu pozornost eksperimentatorja osredotočena na preučevanju modela, ki je zdaj podvržen vsem vrstam vplivov in se proučuje z napravami. Dejanski predmet študije ni neposredno vključen v sam eksperiment.
Za modelni eksperiment so značilne naslednje osnovne operacije: 1) prehod iz naravnega objekta v model - izgradnja modela (modeliranje v pravem pomenu besede); 2) eksperimentalna študija modela; 3) prehod z modela na objekt v polnem merilu, ki je sestavljen iz prenosa rezultatov, pridobljenih med študijo, na ta objekt.
Model vstopi v eksperiment, ne samo da nadomešča predmet preučevanja, lahko tudi nadomesti pogoje, pod katerimi se preučuje nek predmet običajnega eksperimenta.
Ker v modelnem eksperimentu ne proučujemo sam predmet študije, temveč njegov nadomestek, se seveda postavlja vprašanje, na podlagi česa in v kakšnih mejah je mogoče podatke, pridobljene iz modela, prenesti v simulirane predmet. To vprašanje je rešeno glede na značilnosti različnih skupin materialnih modelov.
Ne glede na končno ugotovitev o kognitivnih zmožnostih modelnih eksperimentov je treba takoj opozoriti na dejstvo, da se v strukturi teh eksperimentov bistveno krepi vloga teorije kot nujnega člena, ki povezuje postavitev eksperimenta in njegove rezultate z predmet raziskovanja. Če običajni eksperiment predpostavlja prisotnost teoretičnega momenta v začetni fazi eksperimenta - nastanek problema, oblikovanje in vrednotenje hipoteze, izpeljava posledic, teoretični premisleki, povezani z zasnovo eksperimentalne postavitve, kot tudi v končni fazi - razprava in interpretacija dobljenih podatkov, njihova posplošitev, nato v modelu V eksperimentu je poleg tega potrebno teoretično utemeljiti odnos med modelom in naravnim objektom. Brez te utemeljitve modelni eksperiment izgubi svoj specifični kognitivni pomen, ker preneha biti vir informacij o resničnem oziroma naravnem objektu. Tako je v modelnem eksperimentu teoretična plat zastopana veliko močneje kot v običajnem; v večji meri je kombinacija teorije in prakse.
Čeprav modelni eksperiment širi možnosti eksperimentalnega raziskovanja številnih objektov, v pravkar omenjeni okoliščini ne moremo mimo tega, da opazimo nekaj slabosti te metode v primerjavi s konvencionalnim eksperimentom. Vključitev teorije (zavestne aktivnosti subjekta) kot veznega člena, ki povezuje model in objekt, lahko postane vir napak, kar zmanjšuje dokazno moč modelnega eksperimenta. Vendar pa neomejene možnosti praktične raziskave lastnosti, vedenje, vzorci predmetov, ki so navadnemu neposrednemu eksperimentiranju iz nekega razloga nedostopni, možnost odkrivanja novih načinov za razširitev obsega človeške kognicije z uporabo modelnega eksperimenta pričajo o njegovih prednostih v primerjavi z neposrednim eksperimentom.
Ker se pri modelnem eksperimentu model neposredno proučuje, rezultati raziskave pa prenašajo na modelirani objekt, je teoretična utemeljitev pravice do tega prenosa predpogoj in sestavni del tak poskus. Zato je opis teoretičnih sredstev, s katerimi je zagotovljen prenos rezultatov modelne raziskave na "pravi" predmet študije, nujna sestavina opisa bistva vsakega modelnega eksperimenta.
Zaključek
V zvezi z navedenim se zdi primerno ugotoviti, da je metoda modeliranja ena najbolj sprejemljivih ustreznih, objektivnih in zanesljivih metod znanstvenega raziskovanja, ki omogoča najbolj objektivno in celovito analizo številnih pojavov ali procesov v večini ved z minimalnimi izgubami in tveganje.
IN ta esej opravljena analiza sodobni pogledi o konceptu modeliranja, tako s praktičnega kot metodološkega vidika. Izveden je bil poskus razumevanja teoretičnih in filozofskih vidikov merjenja kot kognitivnega procesa.
Po mojem razumevanju je glavna naloga tega dela razumeti vlogo, ki jo je imelo in igra modeliranje v razvoju znanosti in tehnologije v zgodovinskem vidiku, identificirati filozofska podlaga manekenstvo.
Vse našteto je potrebno za ustrezno in plodno uporabo modelov in simulacij v procesu dirigiranja eksperimentalno delo in njihovo matematično obdelavo pri proučevanju procesov, obravnavanih v mojem znanstvenem raziskovanju.
Literatura
1. pmtf.msiu.ru<#"justify">2. Shtoff V.A. Modelarstvo in filozofija. M.: "Znanost", 1966.
Vedenov A.A. Modeliranje elementov mišljenja. M.: "Znanost", 1988.
Kochergin A.N. Modeliranje razmišljanja. M.: "Znanost", 1969.
Frolov I.T. Epistemološki problemi modeliranja. M.: "Znanost", 1961.
Batoroev K.B. Kibernetika in metoda analogij. M.:" podiplomska šola«, 1974.
Bir S. Kibernetika in upravljanje proizvodnje. M.: "Znanost", 1965.
Eksperimentirajte. Model. Teorija. M. - Berlin: "Znanost", 1982.
9. Mukhin O.I.
Sedov L.I. Metode podobnosti in dimenzije v mehaniki. M.: "GITTLE", 1957.
Shtoff. V.A. Modelarstvo in filozofija. M.-L., "Znanost", 1965.
Štof V.A. Uvod v metodologijo znanstvenega spoznanja. Ed. Leningrajska univerza, 1972.
mentorstvo
Potrebujete pomoč pri študiju teme?
Naši strokovnjaki vam bodo svetovali ali nudili storitve mentorstva o temah, ki vas zanimajo.
Oddajte prijavo navedite temo prav zdaj, da izveste o možnosti pridobitve posvetovanja.
Prenos:
Predogled:
Metoda modeliranja.
Trenutno v pedagoške raziskave Metoda modeliranja se pogosto uporablja.
Modeliranje je metoda ustvarjanja in proučevanja modelov. Preučevanje modela vam omogoča, da pridobite novo znanje, nove celostne informacije o predmetu.
Bistvene značilnosti modela so: jasnost, abstraktnost, element znanstvene fantazije in domišljije, uporaba analogij kot logična metoda konstrukcija, element hipotetičnosti. Z drugimi besedami,model je hipoteza, izražena v vizualni obliki.
Pomembna lastnost modela je prisotnost ustvarjalne domišljije v njem. Oblike modeliranja, npr. izobraževalni proces lahko postanejo koncepti, paradigme, različni scenariji, poslovne in izobraževalne igre itd.
Proces izdelave modela je precej delovno intenziven, raziskovalec gre skozi več stopenj.
najprej – temeljita študija izkušenj, povezanih s pojavom, ki zanima raziskovalca, analiza in posplošitev teh izkušenj ter oblikovanje hipoteze, na kateri temelji prihodnji model.
drugič – izdelava raziskovalnega programa, organiziranje praktičnih dejavnosti v skladu z izdelanim programom, uvajanje prilagoditev le-tega na podlagi prakse, razjasnitev začetne raziskovalne hipoteze, vzete za osnovo modela.
Tretjič - Ustvarjanje končna različica modeli. Če se na drugi stopnji zdi, da raziskovalec predlaga različne možnosti fenomen, ki se konstruira, nato pa na tretji stopnji na podlagi teh možnosti ustvari končni primer procesa (ali projekta), ki ga bo izvajal.
V pedagogiki se modeliranje uspešno uporablja za reševanje pomembnih didaktičnih problemov. Učitelj-raziskovalec lahko na primer razvije modele za: optimizacijo strukture izobraževalnega procesa, aktiviranje kognitivne samostojnosti učencev in osebnostno usmerjen pristop k učencem v izobraževalnem procesu.
Odpre se metoda modeliranja pedagoška znanost možnost matematizacije pedagoški procesi. Matematizacija pedagogike nosi ogromen epistemološki potencial. Uporaba matematičnega modeliranja je tesno povezana z vedno globljim poznavanjem bistva izobraževalnih pojavov in procesov, poglabljanjem teoretične osnove raziskovanje.
Na temo: metodološki razvoj, predstavitve in zapiski
Uporaba metode modeliranja pri korekciji koherentnega monološkega govora pri osnovnošolskih otrocih
Iz izkušenj učitelja logopeda na temo: "Uporaba metode modeliranja pri popravljanju koherentnih monološki govor pri osnovnošolskih otrocih...
Uporaba metode modeliranja v osnovni šoli
Z uporabo metode modeliranja v osnovna šola ima številne prednosti. Med njimi so enostavnost dojemanja, dostopnost, otrokom je zanimivo in razumljivo. Uporaba simulacije pomaga tako...
Uporaba metode modeliranja v osnovni šoli.
Osnovnošolska doba je začetek oblikovanja izobraževalnih dejavnosti pri otrocih. Hkrati je manekenstvo dejavnost, ki sega izven osnovnošolske starosti v dlje...
Metodična uporaba metode modeliranja
Metodična uporaba metode modeliranja Modeliranje kot univerzalno vzgojna akcija se lahko uporablja pri usposabljanju za doseganje naslednjih ciljev: - izgradnja modela približnega...
Eden najpogostejših izrazov na tem področju človeška dejavnost je »model«, saj je težko najti drug koncept, ki bi vključeval tako široko količino informacij. Na splošno je model materialni ali miselni objekt, ki lahko v procesu svojega raziskovanja nadomesti izvirni predmet ali pri njegovem preučevanju zagotovi nove informacije o njegovem izboljšanju ali posodobitvi. Metoda modeliranja je danes ena najpogostejših, zahvaljujoč kateri ima raziskovalec možnost ne le uporabiti praktičnega znanja pri izdelavi nove strukturne sheme, temveč tudi sprejeti to ali ono odločitev. Pomembno je omeniti, da dobro deluje v proizvodnem sektorju pri razvoju novih rešitev v smislu gradbeništva, izboljšave obrata ali tovarne, oblikovanja novih vrst letal, avtomobilov, vlakov itd. Poleg tega je ugotovljena metoda modeliranja najširša uporaba in v gospodarsko področje, saj danes nobena predstavitev na trg ni popolna brez tega.
Treba je opozoriti, da oblikovanje nujno vključuje znanstvene hipoteze, konstrukcija abstrakcij, kot tudi sklepanje po analogijah. Glavna značilnost te metode je, da se tukaj proces kognicije pojavi s pomočjo nadomestnih predmetov, sam model pa deluje kot edinstveno orodje za to kognicijo. Potreba po uporabi te metode se pojavi zaradi dejstva, da veliko predmetov preprosto ni mogoče preučiti na noben drug način ali pa zahteva precej časa, truda in denarja.
Metoda modeliranja torej vključuje tri glavne komponente:
- Predmet proučevanja (tisti, ki raziskuje).
- Predmet raziskave (čemu je iskanje namenjeno).
- Neposredno sam model, ki ga subjekt gradi v odnosu do objekta.
Obstaja veliko vrst modelov, ki jih je mogoče sestaviti med preučevanjem predmeta. Njegove kognitivne zmožnosti določa dejstvo, da model med samim raziskovanjem odraža bistvene lastnosti predmeta, ki je izviren glede na proučevanega. Za analizo podobnosti med originalnim in novim predmetom je treba izvesti tudi ustrezne raziskave. Upoštevati je treba tudi, da če model postane popolnoma enak originalu, potem v bistvu izgubi svoj pomen. Navsezadnje mora metoda matematičnega modeliranja nujno pripeljati do pridobivanja novih podatkov o določenem objektu, saj je prav to njen pomen.
Pomembno je tudi razumeti, da je za isti objekt mogoče zgraditi več modelov, ki se razlikujejo po svojih značilnostih, odvisno od specifične situacije. Navsezadnje obstajajo lastnosti predmeta, ki jih je mogoče nadomestiti le z drugimi, ne da bi jih bilo mogoče uporabiti hkrati. Zato lahko metoda modeliranja tudi v strogo omejenem smislu nadomesti original, saj lahko tudi v podrobnostih pride do bistvenih razlik.
Zahvaljujoč sodobni računalniški tehnologiji in najnovejši razvoj programske opreme, lahko »umetno inteligenco« vključimo v iskanje novih metod modeliranja, ki lahko v kratkem času proizvedejo veliko število rešitve tega ali onega vprašanja. Zaradi tega so metode matematičnega modeliranja danes izjemno priljubljene na skoraj vseh področjih človekovega delovanja, zaradi česar lahko opazimo pospešen razvoj znanosti in tehnologije. Upamo lahko tudi, da bo v zelo bližnji prihodnosti s pomočjo metod modeliranja mogoče rešiti globalna vprašanja človeštva, s katerimi se zadnjih nekaj desetletij ukvarja na desettisoče znanstvenikov po vsem svetu.
Tema 1. Modeliranje kot metoda spoznavanja
načrt:
1. Model, simulacija
2. Razvrstitev modelov. Materialni in informacijski modeli
1.Model, simulacija
Ameriški pisatelj znanstvene fantastike Ray Bradbury ima zgodbo z naslovom "Zvok groma". Pripoveduje zgodbo o podjetju, ki organizira potovanja 60 milijonov let v preteklost. Vsi obiskovalci preteklosti se morajo gibati le po posebej postavljeni poti, kajti en nepreviden korak lahko že zmoti kasnejšo zgodovino. Z usti enega od zaposlenih v podjetju je opisano takole:
»Recimo, da smo tukaj pomotoma ubili miško. To pomeni, da vsi prihodnji potomci te miši ne bodo obstajali ... Uničili boste ne eno, ampak milijon miši ... Kaj pa lisice, za katere so bile te miši potrebne? Če deset miši ni dovolj, bo ena lisica poginila. Deset lisic manj - lev bo poginil od lakote ... In tukaj je rezultat: po 59 milijonih let se jamski človek, eden od ducata, ki naseljujejo ves svet, odpravi na lov za divjim prašičem ali sabljozobim tigrom. Toda vi ste, ko ste zdrobili eno miško, zdrobili vse tigre v teh krajih. In jamski človek umre od lakote ... To je smrt milijarde njegovih potomcev. Morda se Rim ne bo pojavil na svojih sedmih gričih ...«
Eden od junakov zgodbe je zaman prosil, naj ga vrnejo v 60 milijonov let nazaj, da bi oživil metulja, ki ga je po nesreči zdrobil. Končal je v popolnoma drugi zgodovini in umrl.
To je seveda le domišljija, pravljica, situacija, ki jo je simulirala avtorica, vendar nam vsem namiguje, kako previdni moramo biti v komunikaciji z naravo. Kako pogosto se naše odločitve izkažejo za nepremišljene: bodisi se nenadoma odločimo, da bomo uničili vse volkove, ki naj bi prinašali le škodo, ali pa poselimo celotno celino z zajci (to se je zgodilo v Avstraliji) in potem ne vemo, kako da se jih znebite. Vsakič znova se želimo vrniti v tisti usodni trenutek in storiti, kar se nam zdi pravilnejši korak. A to je, žal, nemogoče - ni časovnega stroja, ki bi nas popeljal nazaj v preteklost.
Vendar pa obstaja "časovni stroj", ki vam omogoča pogled v prihodnost, analizo, simulacijo procesa, situacije - to je znanost.
Poglejmo primer iz življenja. Leta 1870 je britanska admiraliteta splovila novo bojno ladjo Captain. Ladja je izplula in se prevrnila. Ladja je bila izgubljena, 523 ljudi je bilo ubitih.
To je bilo za vse povsem nepričakovano. Za vse razen za eno osebo. Bil je angleški ladjedelniški znanstvenik W. Reed, ki je pred tem opravil raziskavo na modelu bojne ladje in ugotovil, da bi se ladja prevrnila že ob rahlem valovanju. Toda lordi iz admiralitete niso verjeli znanstveniku, ki je delal nekaj "neresnih" poskusov z "igračo". In zgodilo se je nepopravljivo.
Zadaj srečamo različne modele zgodnjem otroštvu: Avto, letalo ali čoln je bil mnogim najljubša igrača, prav tako medvedek ali punčka. Otroci pogosto modelirajo (igrajo se s kockami, navadna palica nadomesti konja itd.).
V razvoju otroka, v procesu njegovega spoznavanja sveta okoli sebe, se igrajo takšne igrače, ki so v bistvu modeli resničnih predmetov. pomembno vlogo. V adolescenci za mnoge strast do modeliranja letal, modelov ladij in ustvarjanja igrač z lastnimi rokami, ki so podobne pravim predmetom, vpliva na izbiro življenjske poti. Modele in simulacije človeštvo uporablja že dolgo časa. Pravzaprav so bili nastanek determinirani prav modeli in modelska razmerja govorjeni jeziki, pisanje, grafika. Skalne slike naših prednikov, nato slike in knjige so vzorčne, informacijske oblike prenosa znanja o svetu okoli nas na naslednje generacije.
Poskusimo razumeti, kaj je model.
Zdi se, kaj je skupnega med čolnom igračo in risbo na računalniškem zaslonu, ki prikazuje kompleksno matematično abstrakcijo? Pa vendar je nekaj skupnega: v obeh primerih imamo podobo resničnega predmeta, ki je »nadomestek« za neki izvirnik, ki z različnimi stopnjami zanesljivosti ali podrobnosti reproducira izvirnik. Z drugimi besedami: Model je predstavitev predmeta v neki obliki, ki se razlikuje od oblike njegovega dejanskega obstoja.
V skoraj vseh vedah o naravi (živi in neživi) in družbi sta konstrukcija in uporaba modelov močno orodje znanja. Realni predmeti in procesi so lahko tako večplastni in zapleteni, da je najboljši način za njihovo preučevanje tale: zgraditi model, ki odraža samo neko plat realnosti in je zato neprimerljivo enostavnejši od te realnosti, in ta model najprej proučiti. Stoletja izkušenj v razvoju znanosti so v praksi dokazala plodnost tega pristopa. Model je neprecenljiv in nesporen pomočnik inženirjem in znanstvenikom.
Tukaj je nekaj primeri, pojasni, kaj je model.
Arhitekt se pripravlja na gradnjo zgradba vrste, kakršne še nikoli nismo videli. Toda preden ga zgradi, zgradi tole zgradba iz kock na mizi, da vidim kako bo izgledalo. to gradbeni model.
Da pojasnim, kako deluje cirkulacijski sistem, predavatelj demonstrira plakat s shemo, na katerem puščice prikazujejo smer gibanja krvi. to model delovanja krvožilnega sistema.
Visi na steni slikanje, upodabljanje jablan v cvetu. to maketa jablanovega sadovnjaka.
Literarna zvrst, kot je basni ali prispodoba, je neposredno povezan s konceptom modela, saj je smisel te zvrsti prenos odnosov med ljudmi v odnose med živalmi.
Poskusimo razumeti, kakšna je vloga modelov v navedenih primerih.
Seveda bi lahko arhitekt zgradil stavbo, ne da bi prej eksperimentiral s kockami. Vendar ni prepričan, da bo stavba videti dovolj dobro. Če se izkaže za grdo, bo več let tihi očitek svojemu ustvarjalcu. Bolje je eksperimentirati s kockami.
Seveda bi lahko predavatelj za demonstracijo uporabil podroben anatomski atlas. Toda pri preučevanju cirkulacijskega sistema ne potrebuje takšne stopnje podrobnosti. Poleg tega ovira učenje, ker vam preprečuje, da bi se osredotočili na glavno stvar. Veliko učinkovitejša je uporaba plakata.
Seveda lahko ob sprehodu po dišečem sadovnjaku jabolk dobite najbogatejšo čustveno sliko. Če pa živimo na skrajnem severu in nimamo priložnosti videti cvetočega nasada jablan, si lahko pogledamo sliko in si zamislimo ta sadovnjak.
V vseh naštetih primerih gre za primerjavo nekega predmeta z drugim, ki ga nadomešča: prava stavba je konstrukcija iz kock; krvožilni sistem - diagram na plakatu; jabolčni sadovnjak - slika, ki ga prikazuje.
Torej, dajmo naslednjo definicijo modela:
Model - to je materialni ali miselno zamišljeni predmet, ki v procesu študija nadomešča prvotni predmet in ohranja nekatere pomembne za ta študija tipične značilnosti tega originala.
Lahko pa rečete z drugimi besedami: model - je poenostavljen prikaz realnega predmeta, procesa ali pojava.
Model vam omogoča, da se naučite pravilno nadzorovati objekt s preizkušanjem različnih možnosti nadzora na modelu tega predmeta. Eksperimentiranje z resničnim predmetom za te namene je v najboljšem primeru neprijetno in praviloma preprosto škodljivo ali celo nemogoče zaradi številnih razlogov (dolgotrajnost poskusa v času, tveganje, da bi predmet spravili v nezaželeno in ireverzibilno stanje itd.)
Torej, naredimo zaključke: Model je potreben za:
Razumeti, kako je določen objekt strukturiran - kakšna je njegova struktura, osnovne lastnosti, zakonitosti razvoja in interakcije z zunanjim svetom;
Naučiti se upravljati objekt ali proces in določiti najboljše metode upravljanja za dane cilje in kriterije (optimizacija);
Predvidi neposredne in posredne posledice izvajanja določenih metod in oblik vpliva na objekt.
Noben model ne more nadomestiti pojava samega, vendar se pri reševanju problema, ko nas zanima določena lastnost procesa ali pojava, ki ga preučujemo, model izkaže za uporabno, včasih pa tudi edino orodje za raziskovanje in spoznanje.
Modelarstvo se nanaša tako na proces gradnje modela kot tudi na proces preučevanja strukture in lastnosti izvirnika z uporabo konstruiranega modela.
Tehnologija modeliranja od raziskovalca zahteva, da je sposoben prepoznati probleme in zastaviti probleme, predvideti rezultate raziskav, opraviti razumne ocene, prepoznati glavne in stranske dejavnike za izdelavo modelov, izbrati analogije in matematične formulacije, rešiti probleme z uporabo računalniških sistemov in analizirati računalniške poskuse.
Manekenske sposobnosti so zelo pomembne za človeka pri njegovih vsakodnevnih dejavnostih. Pomagajo pametno načrtovati vašo dnevno rutino, študij, delo, izbrati najboljše možnosti, če imate izbiro, in uspešno rešiti različne življenjske težave.
Material (predmet, fizični) navadno imenovani manekenstvo, v katerem se resnični predmet primerja z njegovo povečano ali zmanjšano kopijo, kar omogoča raziskave (običajno v laboratorijskih pogojih) z uporabo naknadnega prenosa lastnosti proučevanih procesov in pojavov z modela na predmet na podlagi teorije podobnosti.
Primeri: v astronomiji - planetarij, v arhitekturi - gradbeni modeli, v letalski tehniki - modeli letal.
Bistveno drugačen od materialnega modeliranja popolno modeliranje, ki ne temelji na material analogije med objektom in modelom, A na idealno, razmišljanje.
