Л-1 (2010) Определение понятия модель




Скачать 273.96 Kb.
НазваниеЛ-1 (2010) Определение понятия модель
страница1/3
Дата публикации15.08.2016
Размер273.96 Kb.
ТипДокументы
edushk.ru > Математика > Документы
  1   2   3
Л-1 (2010)

Определение понятия модель

Люди с детства любят играть: в машинки, куклы, самолетики, плюшевых мишек и т.д. Общим свойством всех игрушек является то, что они похожи на людей, автомобили, животных; дети как бы представляют их в своих играх.

Всевозможные конструкторы позволяют построить макеты зданий, космических станций, интерьера комнат, причем часто «выдуманных», не существующих в реальной действительности.

А еще дети любят «сюжетные» игры: в строителей, в дочки-матери, в школу. В этом случае они в игре воспроизводят или моделируют отношения, которые складываются в процессе взаимоотношений людей.

Вспомните, какие опыты вы проводили, когда изучали силу трения на уроках физики. Вы прикрепляли динамометр к бруску и заставляли брусок двигаться равномерно – сначала по горизонтальной, потом по наклонной поверхности стола. Вы проводили опыты с брусками различной массы и площади опоры, а показания динамометра позволяли сделать выводы о величине силы трения.

Результаты опытов и их теоретический анализ помогли вывести формулу, описывающую закон трения. Что может дать нам знание этого закона? Например, можно спрогнозировать хватит ли силы тяги тепловоза, чтобы сдвинуть груженый вагон с места, или каким может быть максимальный угол наклона транспортера, чтобы лежащие на нем ящики не скатывались с него.

Еще пример, конструкторы разрабатывают новый авиадвигатель. Как он поведет себя в реальных полетных условиях на различных режимах работы? Осуществлять проверку в реальных условиях, значит подвергать опасности жизнь летчика-испытателя, да и ждать определенных погодных условий можно очень долго. Но ведь можно смоделировать всевозможные полетные условия на специальных испытательных стендах. Это безопасней и диапазон условий можно задать сколь угодно широким. А если использовать компьютерное моделирование, основанное на знаниях физических законов и математических закономерностей работы двигателя, то можно значительно сократить программу стендовых испытаний и получить реальную экономию времени и средств.

Другой пример, очевидно, что любая экономическая реформа, проводимая в стране или регионе, будь то изменение налогового законодательства или пересмотр ценовой политики, увеличение инвестиций в некоторую отрасль или сокращение рабочих мест – затрагивает интересы очень многих людей. Проведение реальных экспериментов с экономическими системами, по крайней мере, неразумно. Имитационное моделирование – один из способов исследования систем проведения реальных экспериментов.

Во всех приведенных примерах речь идет о моделях. Этот термин вам, конечно же, знаком, попробуем сформулировать, что общего во всех приведенных примерах, описывающих различные модели.

  1. во всех примерах есть некий объект (автомобиль, семейные отношения, сила трения, общественно-экономические взаимосвязи и т.д.), который мы хотим как-то описать или представить.

  2. любая модель каким-то образом соответствует объекту, подобна ему. Причем соответствие может быть по внешнему виду (похожесть), по структуре (выделены элементы объекта и их взаимосвязи), по поведению (реакция модели на внешние воздействия аналогична реакции самого объекта).

  3. любая модель строится в соответствии с некоторой целью, которая заранее определяется субъектом моделирования – разработчиком модели.

  4. модель является представлением или описанием некоторых свойств объекта. Выбираются те или иные свойства в зависимости от предназначения модели. Такие свойства называют существенными для данной модели. Например, скульптор, стремясь передать внешнее сходство с человеком, не будет «размещать» внутри своего произведения внутренние органы – сердце, легкие, мозг и прочее. А ученый-анатом именно этим займется прежде всего, но вряд ли будет стремиться сделать свою модель похожей на конкретного человека.

Так что такое «модель»? Модель в реальной жизни имеет множество значений. Моделью мы называем некую уменьшенную копию какого-то предмета (модель самолета, макет застройки жилого района, муляж яблока), и математическую формулу (модель полета тела в поле силы тяжести, модель расчета заработной платы), и схему физического явления (модель движения планет солнечной системы, модель работы двигателя внутреннего сгорания), и описание последовательности действий (модель сборки изделия), и образец для подражания (фотомодель), и эталон (модель метра, килограмма).

Модель чаще всего определяют следующим образом:

  • новый объект, который отражает некоторые стороны изучаемого объекта или явления, существенные с точки зрения цели моделирования.

  • информационный аналог какого-либо явления, процесса или предмета: чертеж, график, схема, план, описание и т.д.).

Другими словами, модель - это объект-заменитель объекта-оригинала, обеспечивающий изучение некоторых свойств оригинала.

Под моделью (от лат. modulus - мера, образец, норма) понима­ют такой материальный или мысленно представляемый объект, ко­торый в процессе изучения замещает объект-оригинал, сохраняя некоторые важные для данного исследования типичные его черты. Процесс построения и использования модели называется моделированием.

^ Свойства моделей

В настоящее время нет предпосылок к выделению «самых эле­ментарных» и «неделимых» кирпичиков мироздания. Поэтому мож­но утверждать, что любой объект исследования является бесконеч­но сложным и характеризуется бесконечным числом параметров. При построении модели исследователь всегда исходит из постав­ленных целей, учитывает только наиболее существенные факторы. Поэтому любая модель нетождественна объек­ту-оригиналу и, следовательно, неполна. Если результаты моделирования удовлетворяют исследователя и могут служить основой для прогнозирования поведения или свойств объекта, то говорят, что модель адекватна (от лат. adaequatus - приравненный) объекту.

В качестве одной из характеристик модели может выступать простота модели. Очевидно, что из двух моделей, позволяющих достичь желаемой цели и получить требуемые резуль­таты с заданной точностью, предпочтение должно быть отдано бо­лее простой.

В качестве еще одного свойства модели можно рассматривать потенциальность модели (от лат. potentia - мощь, сила), или пред­сказательность с позиций возможности получения новых знаний об объекте.

Известно немало случаев, когда изучение или использование моделей позволило сделать открытия. В качестве примера можно привести открытие планеты Нептун, положение которой было предсказано на основании рас­четов, выполненных с использованием закона всемирного тяго­тения (т.е. модели движения планет).

^ Цели моделирования

Самым важным предназначением моделей является прогнозирование поведения сложных процессов и явлений. Сле­дует учитывать, что некоторые объекты и явления вообще не могут быть изучены непосредственным образом. Недопустимы, например, широкомасштабные «натурные» эксперименты с экономикой стра­ны или со здоровьем ее населения. Не­возможно провести экспе­римент по прямому исследованию структуры звезд. Многие экс­перименты неосуществимы из-за дороговизны или рискованности для человечества.

Другое назначение моделей состоит в выявлении существенных фак­торов, влияющих на свойства объекта. Например, исследуя движение мас­сивного тела в атмосфере вблизи поверхности Земли, на основании экспериментальных данных можно выяснить, что параметры движения существенно за­висят от геометрической формы и шероховатости этого тела. При рассмотрении движения того же тела в верхних слоях атмосферы, где сопротивлением воздуха можно пренебречь, несущественными становятся и форма, и ше­роховатость поверхности.

В сложных системах понять все связи «разом» человек не в состоянии. Модель же позволяет «играть» с ней: включать или от­ключать те или иные связи, менять их для того, чтобы понять важ­ность для поведения системы в целом. (модель AirDefenseSystem.alp)

^ Итак, модель нужна для того, чтобы:

1) понять, как устроен конкретный объект: какова его структу­ра, внутренние связи, основные свойства, законы развития и взаимодействия со средой;

^ 2) научиться управлять объектом, определять наилучшие способы управления при заданных целях;

3) прогнозировать прямые и косвенные последствия воздействия на объект.

^ КЛАССИФИКАЦИЯ МОДЕЛЕЙ



Рис 1.

Моделирование можно разделить на 2 больших класса: материальное и идеальное.

Материальное моделирование - это моделирование объекта с использованием его ма­териального аналога, воспроизводящего основные физические, гео­метрические, динамические и функциональные характеристики.

^ Идеальное моделирование отличается от материального тем, что оно основано на аналогии идеальной, мыслимой и всегда носит теоре­тический характер.

Материальное моделирование

Основными разновидностями материального моделирования являются натурное и аналоговое. При этом оба вида моделирова­ния основаны на свойствах геометрического или физического по­добия. Если известен коэффи­циент подобия - масштаб, то простым умножением размеров од­ной фигуры на величину масштаба определяются размеры другой, ей подобной фигуры.

Натурное моделирование - это такое моделирование, при ко­тором реальному объекту ставится в соответствие его увеличенный или уменьшенный материальный аналог.

К примерам натурных моделей можно отнести макеты в архи­тектуре, модели судов в судостроении. Следует отметить, что именно с натурных моделей судов в середине XIX века моделирование стало развиваться как научная дисциплина, а сами модели - активно использоваться при проектировании новых технических устройств.

В настоящее время методы натурного моделирования находят самое широкое применение в судостроении, авиастроении, автомо­билестроении и других областях.

^ Аналоговое моделирование - это моделирование, основанное на аналогии процессов и явлений, имеющих различную физическую природу, но одинаково описываемых формально (одними и теми же математическими соотношениями, логическими и структурны­ми схемами). Примерами анало­говых моделей могут служить электрические и механические коле­бания, которые с точки зрения математики описываются одинако­выми соотношениями, но относятся к качественно отличающимся физическим процессам. Поэтому изучение механических колебаний можно вести с помощью электрической схемы, и наоборот. При не­которых допущениях аналогичными можно считать процессы рас­пространения тепла в теле, диффузии примесей и просачивания жидкости.

Модели физического и аналогового типов являются материаль­ным отражением реального объекта и тесно связаны с ним своими геометрическими, физическими и прочими характеристиками. Фак­тически процесс исследования таких моделей сводится к проведению натурных экспериментов, где вместо реального объекта используется его физическая или аналоговая модель.

^ Идеальное моделирование

Идеальное моделирование разделяют на два основных типа: ин­туитивное и научное.

В качестве наиболее яркого примера интуитивной модели ок­ружающего мира можно считать жизненный опыт любого челове­ка. К данному типу моделирования можно отнести умения и зна­ния, накопленные многовековым опытом и передающиеся от поколения к поколению (например, умение лечить болезни с исполь­зованием трав и приемов народной медицины). Любое эмпиричес­кое (т.е. полученное из эксперимента или в процессе наблюдения) знание без объяснения причин и механизмов наблюдаемого явле­ния также следует считать интуитивным.

Необходимо подчеркнуть чрезвычайно важную роль интуиции, интуитивных моделей в науке, без них не обходится ни одно, сколько ­ни будь новое знание.

^ Научное моделирование - это всегда логически обоснованное моделирование, использующее минимальное число предположений, принятых в качестве гипотез на основании наблюдений за объектом моделирования.

Главное отличие научного моделирования от интуитивного заключается в знании «внутрен­них» механизмов, которые используются при этом. Необходимо заметить, что в основе любого логического рассуж­дения лежат гипотезы или аксиомы, принимаемые на веру и не про­тиворечащие опыту или эксперименту. Поэтому можно говорить об интуитивной первооснове любого научного знания. В то же время следует подчеркнуть, что во многих областях знаний, осо­бенно в естественных науках, аксиомы, являются, как правило, обоб­щением огромного количества накопленных эмпирических данных.

Знаковым называют моделирование, использующее в качестве моделей знаковые изображения какого-либо вида: схемы, графики, чертежи, иероглифы и т.д., включая законы и правила оперирования с ними. В качестве примеров таких моделей можно назвать любой язык:

  • человеческого общения,

  • алгоритмический,

  • хи­мических формул,

  • живописи,

  • нот для записи музыкальных произ­ведений и т.д.

Знаковая форма используется для передачи как на­учного, так и интуитивного знания. Моделирование с помощью математических соотношений также является примером знакового моделирования.

^ Когнитивные, концептуальные и формальные модели



При наблюдении за объектом-ори­гиналом в голове исследователя формируется некий мысленный образ объекта, его идеальная модель, которую принято называть когнитивной. Формируя такую модель, исследователь, как пра­вило, стремится ответить на конкретные вопросы, поэтому от бес­конечно сложного устройства объекта отсекается все не нужное с целью получения его более компактного и лаконичного описания.

Представление когнитивной модели на естественном языке на­зывается содержательной моделью. В естественнонаучных дисциплинах и в технике содержательную модель часто называют технической постановкой проблемы.

По функциональному признаку и целям содержательные мо­дели подразделяются на: описательные, объяснительные и прогно­стические.

  • Описательной моделью можно назвать любое описание объекта.

  • Объяснительная модель позволяет ответить на вопрос, почему что-либо происходит.

  • Прогностическая модель должна описывать будущее поведение объекта.

Под концептуальной моделью пони­мают содержательную модель, основанную на определенной кон­цепции или точке зрения. Выделяют три вида концептуальных моделей: логико-семантические, структурно-функциональные и причинно-следственные.

  • Логико-семантическая модель является описанием объекта в терминах соответствующих предметных областей знаний, включающим все известные утверждения и факты. Анализ таких моделей производится средствами логики с привлечением знаний в соответству­ющих предметных областях.

  • При построении структурно-функциональной модели объект обычно рассматривается как целостная система, которую расчленя­ют на отдельные элементы или подсистемы. Части системы связы­ваются структурными отношениями, описывающими подчинен­ность, логическую и временную последовательность решения от­дельных задач. Для представления подобных моделей удобны различного рода схемы, карты и диаграммы.

  • Причинно-следственная модель часто используется для объясне­ния и прогнозирования поведения объекта. Данные модели ори­ентированы в основном на следующее:

  1. выявление главных вза­имосвязей между составными элементами изучаемого объекта;

  2. определение того, как изменение одних факторов влияет на состо­яние компонентов модели;

  3. понимание того, как в целом будет функционировать модель и будет ли она адекватно описывать ди­намику объекта.

Формальная модель является представлением концептуальной модели с помощью одного или нескольких формальных языков (на­пример, языков математических теорий, универсального языка мо­делирования или алгоритмических языков).

В гуманитарных науках процесс моделирования во многих слу­чаях заканчивается созданием концептуальной модели объекта.

В естественнонаучных дисциплинах, как правило, удается по­строить формальную модель. Таким образом, когнитивные, содер­жательные и формальные модели составляют три взаимосвязанных уровня моделирования.

Следует обратить внимание на такие моменты: если значение содержательных и формальных моделей для процесса познания бо­лее или менее осознается исследователями, то роль когнитивных моделей часто недооценивается. Это связано с субъективностью таких моделей и скрытостью процесса мышления. Однако существу­ют объекты и процессы, для которых роль когнитивных моделей особенно велика. Например, оператор или лицо, принимающее ре­шения, осуществляет управление объектом или процессом главным образом на основании собственных когнитивных моделей.

Как уже отмечалось выше, одним из видов знакового модели­рования является математическое моделирование.

^ Математическое моделирование - это идеальное научное зна­ковое формальное моделирование, при котором объект описывается на языке математики, а модель исследуется с использованием математических методов.

Фактически все современные разделы физики по­священы построению и исследованию математических моделей раз­личных физических объектов и явлений.

В настоящее время широким фронтом идут работы по со­зданию математических моделей в экологии, экономике и социологии. Нельзя переоценить использование математических моделей в медицине и промышленности. Появилась возможность на научной основе подходить ко многим экологическим и медицинским проблемам: имплантации и замене различных органов, прогнозированию развития эпидемий, обоснованной разработке планов ликвидации последствий крупных аварий и катастроф. (модель Predator Prey Agent Based.alp)

Следует отметить, что математическое моделирование имеет оп­ределенные преимущества в сравнении с натурным экспериментом:

  • экономичность;

  • возможность моделирования не реали­зованных в природе объектов;

  • возможность реализации режимов, опасных или трудновос­производимых в натуре (работа системы противоракетной обороны);

  • возможность изменения масштаба времени;

  • простота многоаспектного анализа;

  • большая прогностическая сила вследствие возможности вы­явления общих закономерностей;

  • универсальность технического и программного обеспечения проводимой работы.

С развитием вычислительной техники большое распростране­ние получили информационные модели - это автоматизированные справочники, реализованные с помощью систем управления базами данных. Получая на входе некоторый запрос на поиск требуемой информации, подобные модели позво­ляют найти всю имеющуюся в базе данных информацию по инте­ресующему вопросу. Однако такие модели не могут генерировать новое знание, отсутствующее в базе данных. Можно сказать, что это модели с нулевым потенциалом. В то же время в сочетании даже с весьма простыми математическими моделями информационные модели могут привести к открытию новых закономерностей, позволить прогно­зировать развитие исследуемых процессов.
  1   2   3

Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

Л-1 (2010) Определение понятия модель icon1. Понятия "информация" и "документ" Выпишите определение понятия...
Какое из определений понятия "информация" кажется Вам наиболее приемлемым для использования в сфере управления и почему?

Л-1 (2010) Определение понятия модель iconВнутренняя политика возможна всего двух типов: в интересах народа...
Строгое определение понятия «классов» можно найти в «Научном обществоведении» на сайте «Theorhistory narod ru”. По-другому не бывает,...

Л-1 (2010) Определение понятия модель iconИх отношении к понятию «воспитание». Определение сущности и содержания...
Введение. Обоснование необходимости данной работы. "Педагогические антропологии": обзор работ. Педагогика и психология, Педагогика...

Л-1 (2010) Определение понятия модель icon1. Чрезвычайные ситуации мирного времени. Определение, понятия. Классификация....
Чрезвычайные ситуации мирного времени. Определение, понятия. Классификация. Механизм формирования заболеваемости в условиях экстремальных...

Л-1 (2010) Определение понятия модель iconЛекция Модель методического (научного) знания
Понятия предметной стратегии, философского познавательного интереса и гуманитарного знания

Л-1 (2010) Определение понятия модель iconСодержанию какого понятия соответствует следующее определение процесс...

Л-1 (2010) Определение понятия модель icon1. Виды социальной информации и их характеристика
Определение понятия документ, основные свойства документов и их отличительные признаки

Л-1 (2010) Определение понятия модель iconОпределение понятия "Интеллектуальная собственность"?
Какие ограничения имеют права, относящиеся к объектам интеллектуальной собственности?

Л-1 (2010) Определение понятия модель iconI. Теоретические вопросы для студентов специализации «Управление...
Основные понятия менеджмента: менеджмент и управление, определение менеджмента, функции менеджмента

Л-1 (2010) Определение понятия модель iconПрограмма по курсу Задачи курса «История и практика художественной...
«История и практика художественной критики». Определение понятия «художественная критика». Художественная критика как составная часть...

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
edushk.ru
Главная страница

Разработка сайта — Веб студия Адаманов