ПРОВЕРЬ СЕБЯ
Модели всегда играли важную роль в деятельности человека, некоторые явления безопаснее исследовать на модели, нежели в реальности (изучение молнии, последствия атомного взрыва, ядерную энергию и т.д.) Многие открытия в различных науках были сделаны именно благодаря построению моделей различных объектов, процессов и явлений.
В разных науках одни и те же объекты исследуются под разными углами зрения и строятся различные типы моделей. Один и тот же объект иногда имеет множество моделей, а разные объекты могут описываться одной модель
Используя полученный на уроке материал, а так же в поддержку Вам - презентацию по теме «Моделирование. Классификация моделей», проверьте себя, ответив на следующие вопросы:
Вопросы с 1 – 6 предполагают только один ответ.
1. Моделирование - это:
а) процесс замены реального объекта (процесса, явления) моделью, отражающей его существенные признаки с точки зрения достижения конкретной цели;
б) процесс демонстрации моделей одежды в салоне мод;
в) процесс неформальной постановки конкретной задачи;
г) процесс замены реального объекта (процесса, явления) другим материальным или идеальным объектом;
д) процесс выявления существенных признаков рассматриваемого объекта.
2. При изучении объекта реальной действительности можно создать:
а) одну единственную модель.
б) несколько различных видов моделей, каждая из которых отражает те или иные существенные признаки объекта;
в) одну модель, отражающую совокупность признаков объекта;
г) точную копию объекта во всех проявлениях его свойств и поведения;
д) вопрос не имеет смысла.
3. Файловая система персонального компьютера наиболее адекватно может быть описана в виде:
а) табличной модели;
б) динамической модели;
в) иерархической модели;
г) натурной модели;
д) математической модели.
4. Географическую карту следует рассматривать, скорее всего, как:
а) математическую информационную модель;
б) вербальную информационную модель;
в) табличную информационную модель.
г) графическую информационную модель;
д) натурную модель.
5. Материальное (натурное) моделирование это:
а) моделирование, при котором в модели узнается моделируемый объект, то есть натурная модель всегда имеет визуальную схожесть с объектом - оригиналом;
б) создание математических формул, описывающих форму или поведение объекта-оригинала;
в) моделирование, при котором в модели узнается какой-либо отдельный признак объекта-оригинала;
г) совокупность данных, содержащих текстовую информацию об объекте-оригинале;
д) создание таблицы, содержащей информацию об объекте-оригинале
6. Математическая модель объекта - это:
а) созданная из какого-либо материала модель, точно отражающая внешние признаки объекта-оригинала;
б) описание в виде схемы внутренней структуры изучаемого объекта;
в) совокупность данных, содержащих информацию о количественных характеристиках объекта и его поведения в виде таблицы;
г) совокупность записанных на языке математики формул, отражающих те или иные свойства объекта-оригинала или его поведение;
д) последовательность электрических сигналов.
Вопросы с 7 по 10 предполагают насколько ответов
7. Какие из приведенных ниже моделей являются динамическими?
а) Карта местности.
б) Дружеский шарж.
в) Программа,
имитирующая движение стрелок циферблата
на экране дисплея.
г) Фотография.
д) График изменения температуры воздуха в течение дня.
8. Определите, какие из перечисленных моделей материальные, а какие информационные. Укажите обозначения только материальных моделей.
а) Макет декорационного оформления
театральной постановки.
б) Эскизы
костюмов к театральному спектаклю.
в) Географический атлас.
г)
Объемная модель молекулы воды.
д) Уравнение химической реакции, например: CO 2 +2NaOH=Na 2 CO 3 +H 2 O.
е) Макет скелета человека.
ж)
Формула определения площади квадрата
со стороной h: S=h 2 .
з) Расписание
движения поездов.
и) Игрушечный паровоз.
9. Каждая модель может классифицироваться по разным признакам, попробуйте самостоятельно заполнить таблицу полностью. Для модели из первой колонки определите, к какому типу для каждой последующей колонки она относится:
|
Модель |
Тип модели |
||
|
По области использования |
По способу представления |
По временному фактору |
|
|
1) Игрушечный автомобиль |
материальная |
статическая |
|
|
2) Объемная модель куба |
|||
|
3) Географическая карта |
|||
10. Каждая модель создается для определенной цели, при этом рассматриваются только существенные признаки, применяемые именно к этой цели. Определите, какой аспект объекта -оригинала моделируется в приведенных примерах , будьте внимательны и помните, что у одной модели могут рассматриваться несколько аспектов.
|
Аспект моделирования |
Примеры |
|
1) Внешний вид |
А) Ксерокопирование документа |
|
2) Структура |
Б) Конструирование кресла водителя в автомобиле |
|
3) Поведение |
В) Составление метеорологического прогноза |
|
Г) Изучение строения растений |
Свои ответы оформите следующим образом:
Класс: ___________________________________
ФИО ____________________________________
7. - перечислите все верные ответы;
8. - перечислите все верные ответы;
9. - оформить либо в таблицу, либо в текстовом виде (ПРИМЕР. Игрушечный автомобиль – учебная, материальная, статическая )
10. - оформить с помощью обозначений, например: 1) - А, Б (это означает, что внешний вид рассматривается и при ксерокопировании документа и при конструировании кресла водителя в автомобиле)
У С П Е Х О В!!!
Рассматриваются только существенные признаки, применяемые к этой цели.
2 задание
Вы все успели выполнить, а товарищи еще работают, проверьте себя еще раз – разгадайте классический кроссворд на тему «Моделирование» (кроссворд находится на … МОДЕЛИРОВАНИЕ-КРОССВОРД - следует указать полный путь к местоположению кроссворда на компьютере)
По горизонтали:
2. Общее название моделей, которые представляют совокупность полезной и нужной информации об объекте
3. Общее название моделей, воспроизводящий внешний вид, структуру, поведение моделируемого объекта.
5. Описание модели с помощью формального языка
6. Модели, позволяющие увидеть изменение объекта во времени
8. Модели данного вида имитируют реальность с той или иной степенью точности
9. Пример самой первой графической модели
10. Информационная модель, состоящая из строк и столбцов
11. Инструмент для компьютерного моделирования
12. Графический объект, состоящий из вершин, соединенных линиями
14. Уменьшенные или увеличенные копии проектируемого объекта. Данные модели используются для исследования объекта и прогнозирования его будущих характеристик
15. Искусственно созданный объект, воспроизводящий строение и свойства исследуемого объекта
По вертикали:
1. Построение моделей для исследования и изучения объектов, процессов, явлений
4. Данные модели представляют собой одномоментный срез информации по объекту
7. Данные модели представляют собой описание на естественных языках в мысленной или разговорной форме
13. Пример знаковой математической модели
3 задание (домашняя работа)
Моделирование – ведущий принцип современного научного познания. Человек не может видеть предмет познания целиком, во всех его проявлениях. Поэтому он ограничивает свои притязания и стремиться познать какую-либо сторону этого предмета, в зависимости от стоящей перед человеком задачи.
Представьте себя на месте главного проектировщика большой фирмы. Ваша задача - уметь работать во многих сферах деятельности и применять свои знания на практике. Фирме предстоит большой заказ, но прежде чем доверит его вам, вас решили испытать, и предложили выполнить следующее задание.
Имеются различные объекты моделирования, цели моделирования разные для каждого объекта, выделите как можно больше различных свойств (признаков) объекта моделирования и отметьте, какие из них являются существенными с точки зрения указанной цели моделирования. Перенесите таблицу в рабочую тетрадь и заполните её.
|
Объект моделирования |
Цель моделирования |
Свойства объекта |
|
|
Плодовый сад |
Спрогнозировать урожай |
||
|
Скворечник |
|||
|
Городской транспорт |
Определить оптимальные маршруты движения и необходимое количество транспортных единиц для каждого маршрута |
||
|
Туристический |
Критерии оценивания учащихся .
1 задание
7. - в, д;
8. - а, г, е, и;
9. - оформление в виде таблицы:
|
Модель |
Тип модели |
||
|
По области использования |
По способу представления |
По временному фактору |
|
|
1) Игрушечный автомобиль |
материальная |
статическая |
|
|
2) Объемная модель куба |
материальная |
статическая |
|
|
3) Географическая карта |
информационная |
статическая |
|
9 – оформление в текстовом виде:
Игрушечный автомобиль – игровая, материальная, статическая
Объемная модель куба – учебная, материальная, статическая
Географическая карта – учебная, информационная, статическая
10. - 1) - А, Б
За каждый верный ответ даётся 1 балл (с 1по 6 задание – 6 баллов, 7 – 2 балла, 8 – 4 балла, 9 – 6 баллов, 10 – 3 балла), всего 21.
Оценка выставляется «5», если набрано более 18 баллов
«2» - менее 9 баллов
2 задание (ответы к кроссворду по теме «Моделирование»)
По горизонтали:
2. Общее название моделей, которые представляют из себя совокупность полезной и нужной информации об объекте (информационные)
3. Общее название моделей, воспроизводящих внешний вид, структуру моделируемого объекта (материальные)
5. Описание модели с помощью формального языка (формализация)
6. Модели, позволяющие увидеть изменение объекта во времени (динамические)
8. Модели данного вида имитируют реальность с той или иной степенью точности (имитационные)
9. Пример самой первой графической модели (рисунок)
10. Информационная модель, состоящая из строк и столбцов (таблица)
11. Инструмент для компьютерного моделирования (компьютер)
12. Графический объект, состоящий из вершин, соединенных линиями (граф)
14. Уменьшенные или увеличенные копии проектируемого объекта. Данные модели используются для исследования объекта и прогнозирования его будущих характеристик (опытные)
15. Искусственно созданный объект, воспроизводящий строение и свойства исследуемого объекта (модель)
По вертикали:
1. Построение моделей для исследования и изучения объектов, процессов, явлений (моделирование)
4. Данные модели представляют собой одномоментный срез информации по объекту (статические)
7. Данные модели представляют собой описание на естественных языках в мысленной или разговорной форме (вербальные)
13. Пример знаковой математической модели (формула)
3 задание (домашняя работа)
Пример заполнения домашней таблицы:
|
Объект моделирования |
Цель моделирования |
Свойства объекта |
Существенные свойства объекта |
|
Плодовый сад |
Спрогнозировать урожай |
Перечень конкретных плодовых деревьев в саду (яблони, груши, слива), возраст и количество деревьев, площадь земли, месторасположение сада, климатические условия, применяемые удобрения. |
Количество плодовых деревьев, их урожайность. Климатические условия, применяемые удобрения |
|
Скворечник |
Разработать чертежи для изготовления скворечника |
Порода дерева, которое будут применять для изготовления, форма и размер скворечника – параллелепипеда или цилиндрическая, не отапливается, форма отверстия скворечника и его и месторасположение в нем. Планируемое расположение скворечника – конкретное место или универсальное. |
Форма, размер и местоположение скворечника. |
|
Городской транспорт |
Определить новые маршруты движения и необходимое количество транспортных единиц для каждого маршрута. |
Общее количество маршрутов. Длина трассы маршрутов. Количество и качество автобусов. Количество транспорта на определенную площадь, количество жилых массивов на трассе. Площади, не охваченные транспортными маршрутами. Время, в которое ожидается наибольшее количество пассажиров (час пик). Интервалы движения автобуса. |
Длина трассы. Количество автобусов. Площади, не охваченные транспортными маршрутами |
|
Туристический |
Протяженность маршрута, тяжесть маршрута, отдаленность от мест цивилизации. Количество туристов, возраст туристов, вкусы туристов. Вес и объем упаковок, возможность подвоза продуктов питания. Цена товара, питательность продуктов, их пищевая ценность |
Протяженность маршрута, количество и возраст туристов, питательная ценность продуктов. |
При проверки этого задания возможны варианты ответов, не учтенные в таблице, так как работа предполагает самостоятельное решение, и предусмотреть все варианты не представляется возможным.
Контроль и проверка знаний:
5 баллов для каждого объекта моделирования определены более трех свойств, которые раскрывают цель моделирования, правильно выделены существенные свойства из предложенных.
4 балла для каждого объекта моделирования выделены несколько свойств, но это свойства не полностью раскрывают цель моделирования, были ошибки при выделении существенных свойств.
3 балла для некоторых объектов моделирования выделено по одному или несколько свойств, но это свойства не полностью раскрывают цель моделирования, не выделены или выделены неверно существенные свойства.
Психологическую... на ... себя ... ответив на следующие вопросы : 1. В чем заключается постановка транспортной задачи? 2. Какая модель ... модели и моделирования . 2. Виды моделирования . 3. Классификация математических моделей . 4. Понятие экономико-математической модели ...
Классификация моделей
Единая классификация видов моделей затруднительна в силу многозначности понятия "модель" в науке и технике. Её можно проводить по различным основаниям: по характеру моделей (т. е. по средствам моделирования); по характеру моделируемых объектов; по сферам приложения моделей (моделирование в технике, в физических науках, в химии, моделирование процессов живого, моделирование психики и т. п.) и его уровням ("глубине"), начиная, например, с выделения в физике моделей на микроуровне (моделирование на уровнях исследования, касающихся элементарных частиц, атомов, молекул). В связи с этим любая классификация методов моделирования обречена на неполноту, тем более, что терминология в этой области опирается не столько на "строгие" правила, сколько на языковые, научные и практические традиции, а ещё чаще определяется в рамках конкретного контекста и вне его никакого стандартного значения не имеет. Я постаралась представить наиболее полную классификацию моделей по их признакам с моей точки зрения.
Признаки классификаций моделей:
1. По области использования;
2. По фактору времени;
3. По отрасли знаний;
4. По форме представления.
Классификация моделей по области использования:
1) Учебные модели - используются при обучении. Это могут быть наглядные пособия, различные тренажеры, обучающие программы.
2) Опытные модели - это уменьшенные или увеличенные копии проектируемого объекта. Используют для исследования и прогнозирования его будущих характеристик. Например, модель корабля исследуется в бассейне для изучения устойчивости судна при качке, модель автомобиля «продувается» в аэродинамической трубе с целью исследования обтекаемости кузова, модель сооружения используется для привязки здания к конкретной местности и т.д.
3) Научно - технические модели - создаются для исследования процессов и явлений. К таким моделям можно отнести, например, прибор для получения грозового электрического разряда или стенд для проверки телевизоров.
4) Игровые модели - это военные, экономические, спортивные, деловые игры. Эти модели как бы репетируют поведение объекта в различных ситуациях, проигрывая их с учетом возможной реакции со стороны конкурента, союзника или противника. С помощью игровых моделей можно оказывать психологическую помощь больным, разрешать конфликтные ситуации.
5) Имитационные модели - не только отражают реальность с той или иной степенью точности, а имитируют ее. Эксперименты с моделями проводят при разных исходных данных. По результатам исследования делаются выводы. Такой метод подбора правильного решения получил название метод проб и ошибок. Например, для выявления побочных действий лекарственных препаратов их испытывают в серии опытов над животными.
Классификация моделей по фактору времени:
1) Статические - модели, описывающие состояние системы в определенный момент времени (единовременный срез информации по данному объекту). Например, обследование учащихся в стоматологической поликлинике дает состояние их зубов в данный момент времени: соотношение молочных и постоянных, наличие пломб, дефектов и т.п.
2) Динамические - модели, описывающие процессы изменения и развития системы (изменения объекта во времени). Примеры: описание движения тел, развития организмов, процесс химических реакций.
При строительстве дома рассчитывают прочность его фундамента, стен, балок и устойчивость их к постоянной нагрузке. Это статическая модель здания. Но надо так же обеспечить противодействие ветрам, движению грунтовых вод, сейсмическим колебаниям и другим изменяющимся во времени факторам. Эти вопросы можно решить с помощью динамических моделей. Таким образом, один и тот же объект можно охарактеризовать и статической и динамической моделью.
Классификация моделей по отрасли знаний:
Это классификация по отрасли деятельности человека:
1) Математические;
2) Биологические;
3) Химические;
4) Социальные;
5) Экономические;
6) Исторические и т.д.
Классификация моделей по форме представления:
1) Материальные - это предметные (физические) модели. Они всегда имеют реальное воплощение. Отражают внешнее свойство и внутреннее устройство исходных объектов, суть процессов и явлений объекта-оригинала. Это экспериментальный метод познания окружающей среды. Примеры: детские игрушки, скелет человека, чучело, макет солнечной системы, школьные пособия, физические и химические опыты.
2) Абстрактные (нематериальные) - не имеют реального воплощения. Их основу составляет информация. Это теоретический метод познания окружающей среды. По признаку реализации они бывают: мысленные, вербальные и информационные.
ь Мысленные модели формируются в воображении человека в результате раздумий, умозаключений, иногда в виде некоторого образа. Это модель способствует сознательной деятельности человека. Примером мысленной модели является модель поведения при переходе через дорогу. Человек анализирует ситуацию на дороге (какой сигнал подает светофор, как далеко находятся машины, с какой скоростью они движутся и т.п.) и вырабатывается модель поведения. Если ситуация смоделирована правильно, то переход будет безопасным, если нет, то может произойти дорожно-транспортное происшествие.
ь Вербальные (от лат. Verbalis - устный) - мысленные модели, выраженные в разговорной форме. Используется для передачи мыслей.
Чтобы информацию можно было использовать для обработки на компьютере, необходимо выразить ее при помощи системы знаков, т.е. формализовать. Правила формализации должны быть известны и понятны тому, кто будет создавать и использовать модель. Для этого используют более строгие модели - информационные.
ь Информационные модели - целенаправленно отобранная информация об объекте, которая отражает наиболее существенные для исследователя свойства этого объекта.
Типы информационных моделей:
· Табличные - объекты и их свойства представлены в виде списка, а их значения размещаются в ячейках прямоугольной формы. Перечень однотипных объектов размещен в первом столбце (или строке), а значения их свойств размещаются в следующих столбцах (или строках)
· Иерархические - объекты распределены по уровням. Каждый элемент высокого уровня состоит из элементов нижнего уровня, а элемент нижнего уровня может входить в состав только одного элемента более высокого уровня
· Сетевые - применяют для отражения систем, в которых связи между элементами имеют сложную структуру
По степени формализации информационные модели бывают образно-знаковые и знаковые. Ярким примером образно-знаковой модели является географическая карта. Цвет и форма материков, океанов, гор, изображенных на карте, сразу подключает образное мышление. По цвету на карте сразу можно оценить рельеф. Например, с голубым цветом у человека ассоциируется вода, с зеленым цветущий луг, равнина. Карта изобилует условными обозначениями. Зная этот язык, человек может получить достоверную информацию об интересующем его объекте. Информационная модель в этом случае будет результатом осмысления сведений, полученных при помощи органов чувств и информации, закодированной в виде условных изображений.
То же можно сказать о живописи. Неискушенный зритель воспримет картину душой в виде образной модели. Но существуют художественные языки, соответствующие различным живописным жанрам и школам: сочетание цветов, характер мазка, способы передачи воздуха, объема и т. д. Человеку, знающему эти условности, легче разобраться в том, что имел в виду художник, особенно если произведение не относится к реализму. При этом общее восприятие картины (информационная модель) станет результатом осмысления информации как в образной, так и в знаковой формах.
Еще один пример такой модели -- фотография. Фотоаппарат позволяет получить изображение оригинала. Обычно фотография дает нам довольно точное представление о внешнем облике человека. Существуют некоторые признаки (высота лба, посадка глаз, форма подбородка), по которым специалисты могут определить характер человека, его склонность к тем или иным поступкам. Этот специальный язык формируется из сведений, накопленных в области физиогномики и собственного опыта. Знающие врачи, взглянув на фото незнакомого человека, увидят признаки некоторых заболеваний. Задавшись разными целями, по одной и той же фотографии можно получить различные информационные модели. Они будут результатом обработки образной информации, полученной при разглядывании фотографии, и информации, сложившейся на основе знания специального профессионального языка.
По форме представления образно-знаковых моделей среди них можно выделить следующие группы:
Геометрические модели, отображающие внешний вид оригинала (рисунок, пиктограмма, чертеж, план, карта, объемное изображение);
Структурные модели, отражающие строение объектов и связи их параметров (таблица, граф, схема, диаграмма);
Словесные модели, зафиксированные (описанные) средствами естественного языка;
Знаковые модели можно разделить на следующие группы:
· Математические модели, представленные математическими формулами, отображающими связь различных параметров объекта, системы или процесса;
· Специальные модели, представленные на специальных языках (ноты, химические формулы и т. п.);
· Алгоритмические модели, представляющие процесс в виде программы, записанной на специальном языке.
Методологическая основа моделирования. Все то, на что направлена человеческая деятельность, называется объектом (лат. objection - предмет). Выработка методологии здесь направлена на упорядочение получения и обработки информации об объектах, которые существуют вне нашего сознания и взаимодействуют между собой и внешней средой.
Объект – некоторая часть окружающего мира, рассматриваемая человеком как единое целое.
Имя - это основная характеристика, которая позволяет отличить один объект от другого. В обыденной жизни используется общее имя , обозначающее объекты с похожими характеристиками: комната, собака, река, песня. Многим объектам, чтобы конкретизировать их, дают имя собственное .
Различают объект и конкретный экземпляр объекта . Объект характеризуется именем и параметрами без указания конкретных значений. Экземпляр имеет конкретные значения параметров, может обладать собственным именем и этим отличается от других, ему подобных объектов.
Среда – условия существования объекта. Среда существования объекта влияет на сам объект.
В научных исследованиях большую роль играют гипотезы, т. е. определенные предсказания, основывающиеся на небольшом количестве опытных данных, наблюдений, догадок. Быстрая и полная проверка выдвигаемых гипотез может быть проведена в ходе специально поставленного эксперимента. При формулировании и проверке правильности гипотез большое значение в качестве метода суждения имеет аналогия.
Аналогией называют суждение о каком-либо частном сходстве двух объектов, причем такое сходство может быть существенным и несущественным. Понятия существенности и несущественности сходства или различия объектов условны и относительны. Существенность сходства (различия) зависит от уровня абстрагирования и в общем случае определяется конечной целью проводимого исследования.
Гипотезы и аналогии должны обладать наглядностью или сводиться к удобным для исследования логическим схемам; такие логические схемы, упрощающие рассуждения и логические построения или позволяющие проводить эксперименты, уточняющие природу явлений, называются моделями . Другими словами, модель (лат. modulus - мера) - это объект-заместитель объекта-оригинала, обеспечивающий изучение некоторых свойств оригинала.
Все многообразие моделей делится на три класса:
материальные (натурные) модели (некие реальные предметы - макеты, муляжи, эталоны) - уменьшенные или увеличенные копии, воспроизводящие внешний вид моделируемого объекта, его структуру (глобус, модель кристаллической решётки) или поведение (радиоуправляемая модель самолёта, велотренажёр);
воображаемые модели (геометрическая точка, математический маятник, идеальный газ, бесконечность);
информационные модели - описания моделируемого объекта на одном из языков кодирования информации (словесное описание, схемы, чертежи, карты, рисунки, научные формулы, программы и пр.).
Определение моделирования. Замещение одного объекта другим с целью получения информации о важнейших свойствах объекта-оригинала с помощью объекта-модели называется моделированием.
Моделирование - представление объекта моделью для получения информации об этом объекте путем проведения экспериментов с его моделью. Теория замещения одних объектов (оригиналов) другими объектами (моделями) и исследования свойств объектов на их моделях называется теорией моделирования.
Рис. Общая схема моделирования
В процессе моделирования каждый аспект моделирования раскрывается через совокупность свойств. В моделях отражаются не все свойства объекта , а только существенные с точки зрения цели моделирования .
Каждый аспект моделирования характеризуется своим набором свойств:
внешний вид - набором признаков;
структура - перечнем элементов и указанием отношений между ними;
поведение - изменением внешнего вида и структуры с течением времени.
Некоторые свойства объекта моделирования могут быть выражены величинами, принимающими числовые значения. Такие величины носят название параметров модели.
Цель моделирования возникает, когда субъект моделирования решает стоящую перед ним задачу, и зависит как от решаемой задачи, так и от субъекта моделирования. Отсюда следует, что цель моделирования имеет двойственную природу: с одной стороны, она объективна, так как вытекает из задачи исследования, с другой - субъективна, поскольку исследователь всегда корректирует её в зависимости от опыта, интересов, мотивов деятельности.
Рассмотрим примеры. На рисунках
Субъект моделирования - архитектор, напр.
Задача моделирования - спроектировать комфортабельный дом для семьи заказчика, расходы на проектирование и строительство которого не превысят заданной суммы.
Объект моделирования - те дома, которые архитектор видел воочию или представлял в своем воображении. Задача, стоящая перед архитектором как субъектом моделирования, конкретизируется в цели моделирования: разработать проект дома, который бы понравился заказчику, отражал бы профессиональные предпочтения самого архитектора и смета расходов на реализацию которого удовлетворяла бы определенным ограничениям.
Для одного объекта один субъект может построить несколько моделей, если он решает разные задачи, приводящие к разным целям моделирования (рис. 2).
Для одного объекта разные субъекты могут построить разные модели, даже если задача моделирования у них одна. Выбор вида модели и её построение зависит от знаний, опыта, предпочтений, личных интересов субъекта (рис. 3, 4).
|
Рис. 1. Схема, демонстрирующая зависимость цели моделирования от решаемой задачи и субъекта моделирования |
Рис. 2. Схема, демонстрирующая, что для одного объекта один субъект может построить несколько моделей |
|
Рис. 3. Схема, демонстрирующая, что для одного объекта разные субъекты могут построить разные модели |
Рис. 4. Схема, демонстрирующая, что разные субъекты строят, как правило, разные модели одного и того же объекта |
Разные объекты могут иметь одинаковые по виду модели, даже если их строили разные субъекты исходя из разных целей моделирования.
Различаютмоделирование внешнего вида , моделирование структуры и моделирование поведения .
Моделирование внешнего вида объекта используется для:
Идентификации (узнавания) объекта;
Долговременного хранения образа.
Моделирование структуры объекта используется для:
Её наглядного представления;
Изучения свойств объекта;
Выявления значимых связей;
Изучения стабильности объекта.
Моделирование поведения применяется при:
планировании, прогнозировании;
установлении связей с другими объектами;
выявлении причинно-следственных связей;
управлении;
конструировании технических устройств и т. п.
Структура объекта - совокупность его элементов и существующих между ними связей.
Описание структуры - перечислению составных элементов объекта и указанию связи между ними. В языке эти элементы и связи часто выражаются именами существительными: электрон, протон, нейтрон, сила притяжения (связь), энергетический уровень (при описании атома).
Моделирование структуры объекта необходимо для:
Её наглядного представления,
Изучения свойств объекта,
Выявления значимых связей,
Изучения стабильности объекта и прочее
Поведением объекта называют изменения, происходящие с ним с течением времени. Описание поведения объекта сводится к описанию его внешнего вида и структуры с течением времени в результате взаимодействия с другими объектами.
Гносеологическая роль теории моделирования
ГНОСЕОЛОГИЯ (греч. gnosis - знание, logos - учение) - философская дисциплина, занимающаяся исследованиями, критикой и теориями познания, - теория познания как таковая.
Моделирование - ведущий принцип современного научного познания. Человек не может видеть предмет познания целиком, во всех его проявлениях. Поэтому он ограничивает свои притязания и стремится познать какую-либо сторону этого предмета, в зависимости от стоящей перед человеком задачи.
Однако существует возможность с помощью моделирования выделить общее, что присуще моделям различных по своей природе объектов реального мира. Это общее заключается в наличии некоторой структуры (статической или динамической, материальной или мысленной), которая подобна структуре данного объекта.
Моделирование основано на общих принципах научного познания:
Принцип редукционизма - возможность сведения более сложного к более простому. Это значит, что изучение более простого может что-то сказать и о самом объекте.
Принцип эволюции - все высшие формы постепенно развились из низших форм. Это значит, что, анализируя поведение низших форм, можно прогнозировать поведение высших форм.
Принцип рациональности , который гласит, что объекты реального мира можно познавать с помощью логики и математики.
Если результаты моделирования подтверждаются и могут служить основой для прогнозирования процессов, протекающих в исследуемых объектах, то говорят, что модель адекватна объекту. При этом адекватность модели зависит от цели моделирования и принятых критериев.
Адекватность предполагает воспроизведение моделью с необходимой полнотой всех характеристик объекта, существенных для цели моделирования.
Для установления адекватности в случае конструктивных, в том числе информационных моделей, необходимо сформулировать цель моделирования и уточнить, какой из аспектов изучаемого объекта (внешний вид, структура или поведение) представляет в данном случае интерес.
Если наблюдателю доступны разные модели объекта , но недоступен сам объект, он может сравнить имеющиеся модели и выделить некоторые инвариантные (присутствующие во всех моделях) моменты, которые с большой степенью достоверности можно отнести к самому объекту.
Если наблюдателю доступна только одна модель , вопрос о её адекватности объекту принимается на основе следующих фундаментальных научных положений :
непротиворечивость : невозможна одновременная истинность высказывания (А) и противоречащего ему высказывания (не А);
закон достаточного основания : «...ни одно явление не может оказаться истинным или действительным, ни одно утверждение - справедливым без достаточного основания, почему дело обстоит именно так, а не иначе...» (Г. В. Лейбниц);
закон сохранения энергии : энергия поля + энергия объекта = constant.
закон сохранения вещества : вещество никуда не исчезает и ниоткуда не возникает, оно только переходит из одного состояния в другое;
свойство симметрии : если какое-либо состояние или процесс встречается в природе, то для него существует обращенное во времени состояние или процесс, который также может реализоваться в природе.
Кроме того, адекватность модели оценивается на основе общих эвристических принципов :
Принципа простоты ;
Принципа «лени » (в коммуникации);
Принципа эстетики ;
Принципа соответствия : если корректно уточнить адекватную модель или область действия адекватной модели, то в результате получится адекватная модель.
В ходе своей деятельности люди используют модели, т.е. создают образ, копию того объекта, с которым им приходится работать. Человек, когда продумывает план действий , представляет результат своих действий, строит модель в уме.
Определение 1
Модель – это объект, который был создан искусственно с целью упрощенного представления о реальном объекте, процессе или явлении и отражает существенные стороны объекта, который изучается, с точки зрения цели моделирования.
Определение 2
Моделирование – это процесс построения моделей, которые предназначены для изучения и исследования объектов, процессов или явлений.
Объект, для которого создают его модель, называют оригиналом или прототипом. Модель не является абсолютной копией своего прототипа, а лишь отражает основные его качества и свойства, которые являются наиболее существенными для выбранной цели исследования. При создании модели всегда имеют место определенные допущения и гипотезы.
С помощью системного подхода можно создавать полноценные модели. Особенностями системного подхода является:
- представление изучаемого объекта как системы, описание и исследование элементов которой не выступает как сама цель, а выполняется с учетом их места (наличие подзадач);
- неотделимость объекта в целом от условий его существования и функционирования;
- представление объекта как составной части чего-то целого (сам объект является подзадачей);
- один и тот же элемент, который изучается, рассматривается как элемент с разными характеристиками, функциями и даже принципами построения;
- на первом месте находятся не только причинные объяснения функционирования объекта, но и необходимость включения его в состав других элементов;
- наличие у объекта большого количества индивидуальных характеристик и степеней свободы;
- альтернативы решения задач сравниваются в первую очередь по критерию «стоимость – эффективность».
Создание универсальных моделей является следствием использования системного подхода.
Замечание 1
В некоторых случаях моделирование незаменимо. Нельзя, например, устроить ядерную катастрофу для выяснения масштабов возможного заражения, а с помощью компьютерных программ возможен расчет (причем достаточно точный) параметров, которые интересуют исследователей.
Определение 3
Моделирование является основным способом научного познания. В информатике данный способ именуется вычислительным экспериментом и основан на трех основных понятиях: модель – алгоритм – программа.
Компьютер при моделировании используется в трех направлениях:
- Вычислительном для прямых расчетов по программе.
- Инструментальном при построении базы знаний для преобразования ее в алгоритм и программу.
- Диалоговом при поддержании интерфейса между пользователем и компьютером.
Понятие объекта
Объектом моделирования считают любой предмет, процесс или явление, которые изучаются с помощью методов моделирования. При изучении объекта учитывают только те свойства, которые необходимы для достижения цели. Выбор необходимых свойств объекта при построении модели является наиболее важным моментом на первых этапах моделирования.
Определение 4
Модель объекта – это:
- система, которую можно мысленно представить или материально реализовать, которая отображает или воспроизводит объект исследования, и при этом способна заменить его таким образом, что изучение этой системы дает новую информацию об объекте;
- объект-заместитель, учитывающий реальные свойства объекта, которые необходимы для достижения цели.
Основной функцией модели является описание объекта и получение информации о нём.
Любой объект можно представить как совокупность элементов, объединенных в единое целое. Однако невозможно изучить все свойства объекта в целом, если изучать каждый элемент объекта отдельно. Сила связи между элементами значительно мощнее силы связи с элементами, которые не принадлежат объекту, что позволяет выделить объект из окружающей среды. Любой объект (система), не являющийся неделимым (элементарным), имеет свою структуру.
Определение 5
Структурой объекта является сеть взаимосвязей между его частями, приводящая к появлению свойств, которые отсутствуют у всех и каждой части объекта в отдельности.
Принцип, по которому объединение элементов приводит к появлению у объекта новых свойств, которые являются отличными от свойств элементов, называется принципом организации. Например, из совокупности отдельных деталей можно собрать какой-то целостный прибор.
Классификация моделей
Классификация моделей относится к проблеме распознавания образов. Каждый класс имеет некоторые характеристические признаки и по этим признакам осуществляется классификация.
Классификация моделей основывается на анализе информации об объекте и отнесении объекта к определенному классу из заданного их набора. Одним из наиболее общих критериев классификации служит способ отображения объектов:
I класс моделей:
- Изобразительная модель – простейший тип модели. Это подобие оригинала, отображающие лишь внешние свойства объектов. Например, фотографии, рисунки, картины, фарфоровые и другие фигуры и т.д. С помощью фотографии невозможно отобразить характер, темперамент, а рост можно представить только относительно.
- Аналоговая модель – это вспомогательный объект, природа которого отличается от природы изучаемого объекта, и который замещает изучаемый объект настолько, что его изучение дает полезные сведения об исходном объекте. Это модель, в которой совокупность одних свойств представляют в виде совокупности других свойств. Аналоговое моделирование основывается на теории подобия. Например, лекарства имеют разные названия, но обладают одинаковым действием, хотя имеют различные ингредиенты.
- Символьная модель – модель, в которой объект описывается на формальном языке, который состоит из конечного набора символов, правил отношений между ними и правил интерпретации этих символов. Например, алгоритмические языки программирования, совокупность знаков, которые обозначают правила дорожного движения. К символьным моделям также относятся математические модели, которые содержат множество математических символов, знаков, уравнений, множеств и т.д.
II класс моделей:
- Познавательная модель – форма организации и представления знаний через соединение новых знаний с уже имеющимися. В познавательной модели всегда отображается реальность и модель подгоняется под реальность.
- Прагматическая модель – способ представления образцово-правильных действий или их результатов. Она играет роль стандарта и имеет нормативный характер. В прагматической модели всегда действительность «подгоняется» под модель.
III класс моделей:
- Статическая модель отображает какое-либо состояние объекта в фиксированный момент времени.
- Динамическая модель отображает переход объекта из состояния в состояние.
Замечание 2
Одну модель можно отнести сразу к нескольким классам. В реальности не существует объекта, который принадлежит к какому-либо одному классу моделирования. Множество вариантов классификаций моделей говорит о том, что любая модель зависимо от критерия классификации может относится к различным классам и что между этими классами не всегда проходит четкая грань, которая позволяет выполнять однозначную классификацию моделей.
