Роль моделирования в научных и практических исследованиях

С понятием «модель» мы сталкиваемся с детства. Игрушечный автомобиль, самолёт или кораблик для многих были любимыми игрушками, равно как и плюшевый медвежонок, кукла. Дети часто моделируют (строят города из кубиков и т.д.) Модели и моделирование используются человечеством с незапамятных времен. С помощью моделей и модельных отношений развились разговорные языки, письменность, графика. Наскальные изображения наших предков, затем картины и книги - это модельные, информационные формы передачи знаний об окружающем мире последующим поколениям.

Приведём несколько примеров, поясняющих, что такое модель.

Архитектор готовится построить здание невиданного доселе типа. Но прежде, чем воздвигнуть его, он сооружает это здание из кубиков на столе, чтобы посмотреть, как оно будет выглядеть. Это модель.

Для того чтобы объяснить, как функционирует система кровообращения, лектор демонстрирует плакат, на котором стрелочками изображены направления движения крови. Это модель.

Перед тем, как запустить самолёт в производство, его помещают в аэродинамическую трубу и с помощью соответствующих датчиков определяют величины напряжений, возникающих в различных местах конструкции. Это модель.

Глобус – модель земного шара. Манекен в магазине – модель человека.

Попытаемся понять, зачем нужны модели, какова их роль в приведённых примерах.

Конечно, архитектор мог бы построить здание без предварительных экспериментов с кубиками. Но он не уверен, что здание будет выглядеть достаточно хорошо. Если оно окажется недостаточно красивым, то многие годы оно будет немым укором своему создателю. Лучше уж поэкспериментировать с кубиками. Конечно, лектор мог бы просто рассказать о системе кровообращения, описать её словами, но это будет недостаточно хорошо восприниматься слушателями. Лучше уж воспользоваться плакатом. Конечно, можно запустить самолёт в производство и, не зная, какие напряжения возникают, скажем, в крыльях. Но эти напряжения, если они окажутся достаточно большими, могут привести к разрушению всего самолёта. Лучше уж сначала исследовать самолёт в трубе. Во всех перечисленных примерах имеет место сопоставление некоторого объекта с другим, его заменяющим: реальное здание – здание из кубиков, серийный самолёт – единичный самолёт в трубе; система кровообращения - схема на плакате.

Определение модели

Модель – это такой материальный или мысленно представляемый объект, который в процессе изучения замещает объект оригинал, сохраняя некоторые важные для данного исследования типичные его свойства. Под объектом в данном случае понимается любой материальный предмет, процесс, явление.

Как мы уже говорили, человек применяет модели с незапамятных времён при изучении сложных явлений, процессов, конструировании новых сооружений. Хорошо построенная модель, как правило, доступнее для исследователя, нежели реальный объект. Модель позволяет научиться правильно управлять объектом, апробируя различные варианты управления на модели объекта. Экспериментировать в этих целях с реальным объектом в лучшем случае бывает неудобно, а зачастую просто вредно или вообще невозможно в силу ряда причин.

Процесс построения модели называется моделированием.

Разные науки исследуют объекты и процессы под разным углом зрения и строят различные типы моделей. Возьмём в качестве примера человека, в разных науках он исследуется в рамках различных моделей. В рамках механики – его можно рассматривать как материальную точку, в химии – как объект, состоящий из различных химических веществ, в биологии – как систему, стремящуюся к самосохранению и т.д. С другой стороны, разные объекты могут описываться одной моделью. Так, в механике различные материальные тела (от планеты до песчинки) могут рассматриваться как материальные точки.

Один и тот же объект может иметь множество моделей, а разные объекты могут описываться одной моделью.

Все модели можно разбить на два больших класса:

модели предметные (материальные)
и модели знаковые (информационные).

Предметные модели воспроизводят геометрические, физические и др. свойства объекта в материальной форме. Это может быть глобус, муляжи, модель кристаллической решётки. Громоздкие объекты (корабли, самолёты, здания) представляются обычно в уменьшенном виде, а мелкие (атомы, молекулы), наоборот, в сильно увеличенном.

Модели информационные представляют объекты и процессы в форме рисунков, схем, чертежей, таблиц, формул, текстов и т.д. В школе вы часто используете такие модели: рисунок цветка (ботаника), карта (география), формула (физика), блок-схема алгоритма (информатика), периодическая система элементов Менделеева (химия), уравнение (математика) и т.д. Никакая модель не может заменить сам объект. Но при решении конкретной задачи, когда нас интересует определённое свойство изучаемого объекта, модель оказывается полезным, а подчас и единственным инструментом исследования.

Процесс моделирования состоит из следующих этапов:

Объект –> Модель –>Изучение модели –> Знания об объекте

Основной задачей моделирования является выбор наиболее адекватной к оригиналу модели и перенос результатов исследования на оригинал. Существуют достаточно общие методы и способы моделирования. В настоящее время весьма эффективным и значимым является метод компьютерного моделирования. Компьютерная модель – это модель реального процесса или явления, реализованная компьютерными средствами.

Компьютерное моделирование начинается как обычно с объекта изучения, в качестве которого могут выступать: явления, процесс, предметная область, жизненные ситуации, задачи. После определения объекта изучения строится модель. При построении модели выделяют основные, доминирующие факторы, отбрасывая второстепенные.

/Files/images/21.JPG

/Files/images/2018-2019/11 класс 21.09.18.JPG

Кiлькiсть переглядiв: 69

Коментарi

Для того, щоб залишити коментар на сайті, залогіньтеся або зареєструйтеся, будь ласка.