Η μοντελοποίηση ως μέθοδος. Η μέθοδος μοντελοποίησης και η σημασία της στην ανάπτυξη νέων τεχνολογιών και σχεδίων

ΣΕ Καθημερινή ζωή, στην παραγωγή, στην έρευνα, τη μηχανική ή οποιαδήποτε άλλη δραστηριότητα, ένα άτομο βρίσκεται συνεχώς αντιμέτωπο με την επίλυση προβλημάτων. Όλες οι εργασίες ανάλογα με το σκοπό τους μπορούν να χωριστούν σε δύο κατηγορίες: χρήση υπολογιστήεργασίες σκοπός των οποίων είναι ο προσδιορισμός μιας ορισμένης ποσότητας και λειτουργικόςεργασίες που προορίζονται για τη δημιουργία μιας συγκεκριμένης συσκευής που εκτελεί ορισμένες ενέργειες - λειτουργίες.

Για παράδειγμα, ο σχεδιασμός ενός νέου κτιρίου απαιτεί την επίλυση του προβλήματος του υπολογισμού της αντοχής της θεμελίωσης του, των φέρων δομών στήριξης, του υπολογισμού του οικονομικού κόστους κατασκευής, του προσδιορισμού του βέλτιστου αριθμού εργαζομένων κ.λπ. Για να αυξηθεί η παραγωγικότητα της εργασίας των κατασκευαστών, έχουν δημιουργηθεί πολλά λειτουργικά μηχανήματα (έχουν λυθεί λειτουργικές εργασίες), όπως εκσκαφέας, μπουλντόζα, γερανός κ.λπ.

Οι υπολογιστές της πρώτης και δεύτερης γενιάς χρησιμοποιήθηκαν κυρίως για την επίλυση υπολογιστικών προβλημάτων: για τη διενέργεια μηχανικών, επιστημονικών και οικονομικών υπολογισμών. Ξεκινώντας από την τρίτη γενιά, το πεδίο εφαρμογής των εφαρμογών υπολογιστών περιλαμβάνει επίσης την επίλυση λειτουργικών προβλημάτων: συντήρηση βάσης δεδομένων, διαχείριση, σχεδιασμός. Ένας σύγχρονος υπολογιστής μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να λύσει σχεδόν οποιοδήποτε πρόβλημα.

Η ανθρώπινη δραστηριότητα και, ειδικότερα, η επίλυση προβλημάτων είναι άρρηκτα συνδεδεμένη με την κατασκευή, τη μελέτη και τη χρήση μοντέλων διαφόρων αντικειμένων, διαδικασιών και φαινομένων. Στις δραστηριότητές του - στην πρακτική, καλλιτεχνική, επιστημονική - ένα άτομο δημιουργεί πάντα ένα συγκεκριμένο καστ, ένα υποκατάστατο του αντικειμένου, της διαδικασίας ή του φαινομένου με το οποίο έχει να αντιμετωπίσει. Θα μπορούσε να είναι ένας πίνακας, ένα σχέδιο, ένα γλυπτό, ένα μοντέλο, ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΟΣ ΤΥΠΟΣ, λεκτική περιγραφήκαι τα λοιπά.

Αντικείμενο(από το λατ. objectum - αντικείμενο) λέγεται καθετί που αντιτίθεται στο υποκείμενο στην πρακτική του και γνωστική δραστηριότητα, όλα όσα στοχεύει αυτή η δραστηριότητα. Τα αντικείμενα νοούνται ως αντικείμενα και φαινόμενα, τόσο προσβάσιμα όσο και απρόσιτα στην ανθρώπινη αισθητηριακή αντίληψη, αλλά έχουν ορατή επίδραση σε άλλα αντικείμενα (για παράδειγμα, βαρύτητα, υπέρηχοι ή ηλεκτρομαγνητικά κύματα). Αντικειμενική πραγματικότητα, που υπάρχει ανεξάρτητα από εμάς, είναι αντικείμενο για ένα άτομο σε οποιαδήποτε από τις δραστηριότητές του και αλληλεπιδρά μαζί του. Επομένως, ένα αντικείμενο πρέπει πάντα να θεωρείται σε αλληλεπίδραση με άλλα αντικείμενα, λαμβάνοντας υπόψη την αμοιβαία επιρροή τους.

Η ανθρώπινη δραστηριότητα συνήθως κινείται προς δύο κατευθύνσεις: μελέτηιδιότητες ενός αντικειμένου με σκοπό τη χρήση (ή την εξουδετέρωση) τους· Δημιουργίανέα αντικείμενα με χρήσιμες ιδιότητες. Η πρώτη κατεύθυνση αφορά την επιστημονική έρευνα και μεγάλο ρόλοκατά την εφαρμογή τους έχει υπόθεση, δηλ. πρόβλεψη των ιδιοτήτων ενός αντικειμένου όταν αυτό δεν έχει μελετηθεί επαρκώς. Η δεύτερη κατεύθυνση σχετίζεται με τον μηχανικό σχεδιασμό. Εν σημαντικός ρόλοςπαίζει έννοια αναλογίες– μια κρίση για οποιαδήποτε ομοιότητα μεταξύ ενός γνωστού και ενός σχεδιασμένου αντικειμένου. Η αναλογία μπορεί να είναι πλήρης ή μερική. Αυτή η έννοια είναι σχετική και καθορίζεται από το επίπεδο της αφαίρεσης και τον σκοπό κατασκευής της αναλογίας.

Μοντέλο(από το λατινικό modulus - δείγμα) οποιουδήποτε αντικειμένου, διαδικασίας ή φαινομένου ονομάζεται υποκατάστατο (εικόνα, ανάλογο, αντιπροσωπευτικό) που χρησιμοποιείται ως πρωτότυπο. Ένα μοντέλο μας δίνει μια αναπαράσταση ενός πραγματικού αντικειμένου ή φαινομένου σε κάποια μορφή που είναι διαφορετική από τη μορφή της πραγματικής του ύπαρξης. Για παράδειγμα, σε μια συνομιλία αντικαθιστούμε πραγματικά αντικείμενα με τα ονόματα και τις λέξεις τους. Και σε αυτή την περίπτωση, το πιο βασικό πράγμα απαιτείται από το όνομα αντικατάστασης - να ορίσετε το απαραίτητο αντικείμενο. Έτσι, από την παιδική ηλικία βρισκόμαστε αντιμέτωποι με την έννοια του «μοντέλου» (το πρώτο μοντέλο στη ζωή μας είναι η πιπίλα).

Ένα μοντέλο είναι ένα ισχυρό εργαλείο γνώσης. Η δημιουργία μοντέλων καταφεύγει όταν το αντικείμενο που μελετάται είναι είτε πολύ μεγάλο (μοντέλο ηλιακού συστήματος) είτε πολύ μικρό (ατομικό μοντέλο), όταν η διαδικασία προχωρά πολύ γρήγορα (μοντέλο κινητήρα εσωτερικής καύσης) ή πολύ αργά (γεωλογικά μοντέλα). η μελέτη του αντικειμένου μπορεί να οδηγήσει στην καταστροφή του (προπονητική χειροβομβίδα) ή η δημιουργία μοντέλου είναι πολύ ακριβή (αρχιτεκτονικό μοντέλο πόλης) κ.λπ.

Κάθε αντικείμενο έχει μεγάλο αριθμό διαφορετικών ιδιοτήτων. Στη διαδικασία κατασκευής ενός μοντέλου, το κύριο, το πιο σημαντικός, ιδιότητες, αυτές που ενδιαφέρουν τον ερευνητή. Αυτό είναι το κύριο χαρακτηριστικό και ο κύριος σκοπός των μοντέλων. Έτσι, κάτω από μοντέλονοείται ως ένα ορισμένο αντικείμενο που αντικαθιστά το πραγματικό αντικείμενο υπό μελέτη διατηρώντας τις πιο ουσιαστικές του ιδιότητες.

Δεν υπάρχει απλώς ένα μοντέλο, ο όρος που απαιτεί μια διευκρινιστική λέξη ή φράση, για παράδειγμα: μοντέλο του ατόμου, μοντέλο του Σύμπαντος. Κατά μία έννοια, ένα μοντέλο μπορεί να θεωρηθεί πίνακας ζωγραφικής ενός καλλιτέχνη ή θεατρική παράσταση (αυτά είναι μοντέλα που αντικατοπτρίζουν τη μία ή την άλλη πλευρά του πνευματικού κόσμου ενός ατόμου).

Η μελέτη αντικειμένων, διεργασιών ή φαινομένων με την κατασκευή και τη μελέτη των μοντέλων τους για τον προσδιορισμό ή την αποσαφήνιση των χαρακτηριστικών του πρωτοτύπου ονομάζεται πρίπλασμα. Η μοντελοποίηση μπορεί να οριστεί ως η αναπαράσταση ενός αντικειμένου από ένα μοντέλο προκειμένου να ληφθούν πληροφορίες για αυτό το αντικείμενο πραγματοποιώντας πειράματα με το μοντέλο του. Η θεωρία της αντικατάστασης των αρχικών αντικειμένων με ένα αντικείμενο μοντέλου ονομάζεται θεωρία μοντελοποίησης. Όλη η ποικιλία των μεθόδων μοντελοποίησης που εξετάζονται από τη θεωρία μοντελοποίησης μπορεί να χωριστεί σε δύο ομάδες: αναλυτική και προσομοίωσηπρίπλασμα.

Η αναλυτική μοντελοποίηση συνίσταται στην κατασκευή ενός μοντέλου που βασίζεται σε μια περιγραφή της συμπεριφοράς ενός αντικειμένου ή συστήματος αντικειμένων με τη μορφή αναλυτικών εκφράσεων - τύπων. Με μια τέτοια μοντελοποίηση, το αντικείμενο περιγράφεται από ένα σύστημα γραμμικής ή μη γραμμικής αλγεβρικής ή διαφορικές εξισώσεις, η λύση του οποίου μπορεί να παρέχει εικόνα για τις ιδιότητες του αντικειμένου. Στο αναλυτικό μοντέλο που προκύπτει εφαρμόζονται αναλυτικές ή κατά προσέγγιση αριθμητικές μέθοδοι, λαμβάνοντας υπόψη τον τύπο και την πολυπλοκότητα των τύπων. Εκτέλεση αριθμητικές μεθόδουςσυνήθως ανατίθεται σε υπολογιστές με υψηλή υπολογιστική ισχύ. Ωστόσο, η εφαρμογή της αναλυτικής μοντελοποίησης περιορίζεται από τη δυσκολία απόκτησης και ανάλυσης εκφράσεων για μεγάλα συστήματα.

Η μοντελοποίηση προσομοίωσης περιλαμβάνει την κατασκευή ενός μοντέλου με χαρακτηριστικά κατάλληλα για το πρωτότυπο, με βάση ορισμένες από τις φυσικές ή πληροφορίες του αρχές. Αυτό σημαίνει ότι οι εξωτερικές επιρροές στο μοντέλο και στο αντικείμενο προκαλούν πανομοιότυπες αλλαγές στις ιδιότητες του πρωτοτύπου και του μοντέλου. Με τέτοια μοντελοποίηση, δεν υπάρχει γενικό αναλυτικό μοντέλο υψηλών διαστάσεων και το αντικείμενο αντιπροσωπεύεται από ένα σύστημα που αποτελείται από στοιχεία που αλληλεπιδρούν μεταξύ τους και με έξω κόσμος. Καθορίζοντας εξωτερικές επιρροές, είναι δυνατό να ληφθούν τα χαρακτηριστικά του συστήματος και να τα αναλυθούν. ΣΕ ΠρόσφαταΗ μοντελοποίηση προσομοίωσης συνδέεται όλο και περισσότερο με τη μοντελοποίηση αντικειμένων σε έναν υπολογιστή, γεγονός που καθιστά δυνατή τη διαδραστική εξερεύνηση μοντέλων αντικειμένων μεγάλης ποικιλίας φύσεων.

Εάν τα αποτελέσματα της μοντελοποίησης επιβεβαιωθούν και μπορούν να χρησιμεύσουν ως βάση για την πρόβλεψη της συμπεριφοράς των υπό μελέτη αντικειμένων, τότε λένε ότι το μοντέλο επαρκήςαντικείμενο. Ο βαθμός επάρκειας εξαρτάται από τον σκοπό και τα κριτήρια της μοντελοποίησης.

Βασικοί στόχοι του μοντελισμού:

7. Κατανοήστε πώς λειτουργεί ένα συγκεκριμένο αντικείμενο, ποια είναι η δομή του, βασικές ιδιότητες, νόμοι ανάπτυξης και αλληλεπίδρασης με τον έξω κόσμο (κατανόηση).

8. Μάθετε να διαχειρίζεστε ένα αντικείμενο (διαδικασία) και να προσδιορίζετε τους καλύτερους τρόπουςδιαχείριση με δεδομένους στόχους και κριτήρια (management).

9. Προβλέψτε τις άμεσες και έμμεσες συνέπειες της εφαρμογής καθορισμένων μεθόδων και μορφών επιπτώσεων στο αντικείμενο (πρόβλεψη).

Σχεδόν κάθε αντικείμενο μοντελοποίησης μπορεί να αναπαρασταθεί από ένα σύνολο στοιχείων και συνδέσεων μεταξύ τους, δηλ. είναι ένα σύστημα που αλληλεπιδρά με το εξωτερικό περιβάλλον. Σύστημα(από το ελληνικό σύστημα - σύνολο) είναι ένα στοχευμένο σύνολο διασυνδεδεμένων στοιχείων οποιασδήποτε φύσης. Εξωτερικό περιβάλλοναντιπροσωπεύει ένα σύνολο στοιχείων οποιασδήποτε φύσης που υπάρχουν εκτός του συστήματος που επηρεάζουν το σύστημα ή βρίσκονται υπό την επιρροή του. Με μια συστηματική προσέγγιση στη μοντελοποίηση, πρώτα απ' όλα, ο σκοπός της μοντελοποίησης ορίζεται με σαφήνεια. Η δημιουργία ενός μοντέλου που είναι πλήρες ανάλογο του πρωτοτύπου είναι εντατική και δαπανηρή, επομένως το μοντέλο δημιουργείται για συγκεκριμένο σκοπό.

Ας σημειώσουμε για άλλη μια φορά ότι οποιοδήποτε μοντέλο δεν είναι αντίγραφο ενός αντικειμένου, αλλά αντικατοπτρίζει μόνο τα πιο σημαντικά, βασικά χαρακτηριστικά και ιδιότητες, παραβλέποντας άλλα χαρακτηριστικά του αντικειμένου που είναι ασήμαντα στο πλαίσιο της εργασίας. Για παράδειγμα, ένα μοντέλο ατόμου στη βιολογία μπορεί να είναι ένα σύστημα που αγωνίζεται για αυτοσυντήρηση. στη χημεία - ένα αντικείμενο που αποτελείται από διάφορες ουσίες. στη μηχανική, ένα σημείο με μάζα. Το ίδιο πραγματικό αντικείμενο μπορεί να περιγραφεί από διαφορετικά μοντέλα (σε διαφορετικές όψεις και με διαφορετικούς σκοπούς). Και το ίδιο μοντέλο μπορεί να θεωρηθεί ως μοντέλο εντελώς διαφορετικών πραγματικών αντικειμένων (από έναν κόκκο άμμου έως έναν πλανήτη).

Κανένα μοντέλο δεν μπορεί να αντικαταστήσει πλήρως το ίδιο το αντικείμενο. Αλλά όταν λύνουμε συγκεκριμένα προβλήματα, όταν μας ενδιαφέρουν ορισμένες ιδιότητες του αντικειμένου που μελετάται, το μοντέλο αποδεικνύεται ένα χρήσιμο, απλό και μερικές φορές το μοναδικό ερευνητικό εργαλείο.

Κατεβάστε:

Προεπισκόπηση:

Μέθοδος μοντελοποίησης.

Επί του παρόντος, η μέθοδος μοντελοποίησης χρησιμοποιείται ευρέως στην παιδαγωγική έρευνα.

Η μοντελοποίηση είναι μια μέθοδος δημιουργίας και μελέτης μοντέλων. Η μελέτη ενός μοντέλου σάς επιτρέπει να αποκτήσετε νέες γνώσεις, νέες ολιστικές πληροφορίες για ένα αντικείμενο.

Τα βασικά χαρακτηριστικά του μοντέλου είναι: η σαφήνεια, η αφαίρεση, στοιχείο επιστημονικής φαντασίας και φαντασίας, η χρήση της αναλογίας ως λογικής μεθόδου κατασκευής, στοιχείο υποθετικότητας. Με άλλα λόγια,ένα μοντέλο είναι μια υπόθεση που εκφράζεται σε οπτική μορφή.

Μια σημαντική ιδιότητα του μοντέλου είναι η παρουσία δημιουργικής φαντασίας σε αυτό. Μορφές μοντελοποίησης, ας πούμε, η εκπαιδευτική διαδικασία μπορεί να είναι έννοιες, παραδείγματα, διάφορα σενάρια, επιχειρήσεις και εκπαιδευτικά παιχνίδιακαι τα λοιπά.

Η διαδικασία δημιουργίας ενός μοντέλου είναι αρκετά εντατική, ο ερευνητής περνάει από διάφορα στάδια.

Πρώτα – ενδελεχής μελέτη της εμπειρίας που σχετίζεται με το φαινόμενο που ενδιαφέρει τον ερευνητή, ανάλυση και γενίκευση αυτής της εμπειρίας και δημιουργία μιας υπόθεσης που βασίζεται στο μελλοντικό μοντέλο.

Δεύτερος – κατάρτιση ερευνητικού προγράμματος, οργάνωση πρακτικές δραστηριότητεςσύμφωνα με το αναπτυγμένο πρόγραμμα, κάνοντας προσαρμογές σε αυτό, υποκινούμενοι από την πρακτική, διευκρινίζοντας την αρχική ερευνητική υπόθεση που ελήφθη ως βάση του μοντέλου.

Τρίτος – δημιουργία της τελικής έκδοσης του μοντέλου. Εάν στο δεύτερο στάδιο ο ερευνητής προσφέρει διάφορες επιλογές για το φαινόμενο που κατασκευάζεται, τότε στο τρίτο στάδιο, με βάση αυτές τις επιλογές, δημιουργεί ένα τελικό παράδειγμα της διαδικασίας (ή του έργου) που πρόκειται να εφαρμόσει.

Στην παιδαγωγική, η μοντελοποίηση χρησιμοποιείται με επιτυχία για την επίλυση σημαντικών διδακτικών προβλημάτων. Για παράδειγμα, ένας δάσκαλος-ερευνητής μπορεί να αναπτύξει μοντέλα: βελτιστοποίηση δομής εκπαιδευτική διαδικασία, ενεργοποίηση της γνωστικής ανεξαρτησίας των μαθητών, Προσανατολισμένη στην προσωπικότητα προσέγγιση των μαθητών στην εκπαιδευτική διαδικασία.

Ανοίγει η μέθοδος μοντελοποίησης παιδαγωγική επιστήμηδυνατότητα μαθηματοποίησης παιδαγωγικές διαδικασίες. Η μαθηματικοποίηση της παιδαγωγικής έχει τεράστιες επιστημολογικές δυνατότητες. Εφαρμογή μαθηματική μοντελοποίησησυνδέεται στενά με μια ολοένα και βαθύτερη γνώση της ουσίας των εκπαιδευτικών φαινομένων και διαδικασιών, η εμβάθυνση θεωρητικές βάσειςέρευνα.

Με θέμα: μεθοδολογικές εξελίξεις, παρουσιάσεις και σημειώσεις

Εφαρμογή της μεθόδου μοντελοποίησης στη διόρθωση του συνεκτικού μονολόγου λόγου σε παιδιά δημοτικής ηλικίας

Από την εμπειρία εκπαιδευτικού λογοθεραπευτή με θέμα: «Χρήση της μεθόδου μοντελοποίησης στη διόρθωση του συνεκτικού μονολόγου λόγου σε μικρά παιδιά σχολική ηλικία"...

Χρήση της μεθόδου μοντελοποίησης στο δημοτικό σχολείο

Χρησιμοποιώντας τη μέθοδο μοντελοποίησης στο δημοτικό σχολείοέχει πολλά πλεονεκτήματα. Μεταξύ αυτών είναι η ευκολία αντίληψης, η προσβασιμότητα, τα παιδιά το βρίσκουν ενδιαφέρον και κατανοητό. Η χρήση της προσομοίωσης βοηθά και τα δύο...

Χρήση της μεθόδου μοντελοποίησης στο δημοτικό σχολείο.

Η ηλικία του δημοτικού σχολείου είναι η αρχή της διαμόρφωσης εκπαιδευτικών δραστηριοτήτων στα παιδιά. Ταυτόχρονα, το μόντελινγκ είναι μια δράση που εκτείνεται πέρα ​​από την ηλικία του δημοτικού σε περαιτέρω...

Μεθοδική εφαρμογή της μεθόδου μοντελοποίησης

Μεθοδική εφαρμογή της μεθόδου μοντελοποίησης Η μοντελοποίηση ως καθολική εκπαιδευτική δράσημπορεί να χρησιμοποιηθεί στην εκπαίδευση για την επίτευξη των ακόλουθων στόχων: - κατασκευή ενός μοντέλου κατά προσέγγιση...

Μοντελοποίηση (με την ευρεία έννοια)– η κύρια μέθοδος έρευνας σε όλα τα γνωστικά πεδία, σε διάφορους τομείς της ανθρώπινης δραστηριότητας.

Προσομοίωση σε επιστημονική έρευναάρχισε να χρησιμοποιείται στην αρχαιότητα. Στοιχεία μοντελοποίησης έχουν χρησιμοποιηθεί από την αρχή των ακριβών επιστημών και δεν είναι τυχαίο ότι ορισμένες μαθηματικές μέθοδοι φέρουν τα ονόματα σπουδαίων επιστημόνων όπως ο Newton και ο Euler, και η λέξη "αλγόριθμος" προέρχεται από το όνομα του μεσαιωνικού Άραβα. επιστήμονας Al-Khwarizmi.

Σταδιακά, η μοντελοποίηση κατέλαβε όλο και περισσότερους νέους τομείς επιστημονικής γνώσης: τεχνικός σχεδιασμός, κατασκευή και αρχιτεκτονική, αστρονομία, φυσική, χημεία, βιολογία και, τέλος, κοινωνικές επιστήμες. Ωστόσο, η μεθοδολογία μοντελοποίησης έχει αναπτυχθεί εδώ και πολύ καιρό από μεμονωμένες επιστήμες ανεξάρτητα η μία από την άλλη. Δεν υπήρχε ενιαίο σύστημα εννοιών, ενιαία ορολογία. Μόνο σταδιακά άρχισε να γίνεται αντιληπτός ο ρόλος του μοντελισμού ως καθολικής μεθόδου επιστημονική γνώση. Μεγάλες επιτυχίες και αναγνώριση σε όλους σχεδόν τους κλάδους σύγχρονη επιστήμηέφερε στη μέθοδο μοντελοποίησης τον 20ο αιώνα. Στα τέλη της δεκαετίας του '40 και στις αρχές της δεκαετίας του '50 του εικοστού αιώνα, η ταχεία ανάπτυξη των μεθόδων μοντελοποίησης οφειλόταν στην εμφάνιση των υπολογιστών, οι οποίοι έσωσαν επιστήμονες και ερευνητές από μια τεράστια ποσότητα συνηθισμένης υπολογιστικής εργασίας. Οι υπολογιστές της πρώτης και δεύτερης γενιάς χρησιμοποιήθηκαν για την επίλυση υπολογιστικών προβλημάτων, για μηχανικούς, επιστημονικούς, οικονομικούς υπολογισμούς και για επεξεργασία μεγάλου όγκου δεδομένων. Ξεκινώντας από την τρίτη γενιά, το πεδίο εφαρμογής των εφαρμογών υπολογιστών περιλαμβάνει επίσης την επίλυση λειτουργικών προβλημάτων: επεξεργασία βάσεων δεδομένων, διαχείριση, σχεδιασμός. Ένας σύγχρονος υπολογιστής είναι το κύριο μέσο για την επίλυση κάθε προβλήματος μοντελοποίησης.

Ας παρουσιάσουμε τις βασικές έννοιες που σχετίζονται με τη μοντελοποίηση.

Αντικείμενο (από το λατινικό objectum – θέμα) έρευνας- καθετί προς το οποίο κατευθύνεται η ανθρώπινη δραστηριότητα.

Μοντέλο (του αρχικού αντικειμένου)(από το λατινικό modus - "μέτρο", "όγκος", "εικόνα") - ένα βοηθητικό αντικείμενο που αντικατοπτρίζει τα πιο σημαντικά μοτίβα για έρευνα, την ουσία, τις ιδιότητες, τα χαρακτηριστικά της δομής και της λειτουργίας του αρχικού αντικειμένου.

Η αρχική σημασία της λέξης «μοντέλο» συνδέθηκε με την τέχνη της κατασκευής, και σχεδόν σε όλες ευρωπαϊκές γλώσσεςχρησιμοποιήθηκε για να ορίσει μια εικόνα ή ένα πρωτότυπο, ή ένα πράγμα παρόμοιο από κάποια άποψη με ένα άλλο πράγμα.

Επί του παρόντος, ο όρος «μοντέλο» χρησιμοποιείται ευρέως σε διάφορους τομείς της ανθρώπινης δραστηριότητας και έχει πολλές σημασιολογικές έννοιες. Αυτό το εγχειρίδιο εξετάζει μόνο εκείνα τα μοντέλα που αποτελούν εργαλεία για την απόκτηση γνώσης.

Πρίπλασμα– μια μέθοδος έρευνας που βασίζεται στην αντικατάσταση του αρχικού υπό μελέτη αντικειμένου με το μοντέλο του και στην εργασία με αυτό (αντί του αντικειμένου).

Θεωρία μοντελοποίησης– τη θεωρία της αντικατάστασης του αρχικού αντικειμένου με το μοντέλο του και τη μελέτη των ιδιοτήτων του αντικειμένου στο μοντέλο του.

Κατά κανόνα, ένα συγκεκριμένο σύστημα λειτουργεί ως αντικείμενο μοντελοποίησης.

Σύστημα– ένα σύνολο διασυνδεδεμένων στοιχείων που ενώνονται για την επίτευξη ενός κοινού στόχου, απομονωμένα από το περιβάλλον και αλληλεπιδρώντας μαζί του ως αναπόσπαστο σύνολο και παρουσιάζουν βασικές συστημικές ιδιότητες. Το έγγραφο προσδιορίζει 15 κύριες ιδιότητες του συστήματος, συμπεριλαμβανομένων των εξής: ανάδυση (εμφάνιση); ακεραιότητα; δομή; ακεραιότητα; υποταγή στον στόχο · ιεραρχία; άπειρο; ενεργητικότητα.

Ιδιότητες συστήματος:

1. Ανάδυση (ανάδυση).Αυτή είναι μια ιδιότητα συστήματος, σύμφωνα με την οποία το αποτέλεσμα της συμπεριφοράς του συστήματος δίνει ένα αποτέλεσμα διαφορετικό από την «προσθήκη» (ανεξάρτητη σύνδεση) με οποιοδήποτε τρόπο των αποτελεσμάτων της συμπεριφοράς όλων των «στοιχείων» που περιλαμβάνονται στο σύστημα. Με άλλα λόγια, σύμφωνα με αυτό το χαρακτηριστικό του συστήματος, οι ιδιότητές του δεν ανάγονται στο σύνολο των ιδιοτήτων των μερών από τα οποία αποτελείται και δεν προέρχονται από αυτές.

2. Η ιδιότητα της ακεραιότητας, της σκοπιμότητας.Το σύστημα θεωρείται πάντα ως κάτι ολόκληρο, αναπόσπαστο, σχετικά απομονωμένο από το περιβάλλον.

3. Ιδιότητα δομής.Το σύστημα έχει μέρη που συνδέονται σκόπιμα μεταξύ τους και με το περιβάλλον.

4. Ιδιότητα ακεραιότητας.Σε σχέση με άλλα αντικείμενα ή με περιβάλλοντο σύστημα λειτουργεί ως κάτι αδιαχώριστο σε αλληλεπιδρώντα μέρη.

5. Η ιδιότητα της υποταγής σε έναν στόχο.Ολόκληρη η οργάνωση του συστήματος υποτάσσεται σε κάποιο στόχο ή πολλούς διαφορετικούς στόχους.

6. Ιδιότητα ιεραρχίας.Ένα σύστημα μπορεί να έχει πολλά ποιοτικά διαφορετικά επίπεδα δομής, μη αναγώγιμα μεταξύ τους.

7. Ιδιότητα του άπειρου.Η αδυναμία πλήρους γνώσης του συστήματος και η ολοκληρωμένη αναπαράστασή του από οποιοδήποτε πεπερασμένο σύνολο μοντέλων, ιδίως περιγραφών, ποιοτικών και ποσοτικά χαρακτηριστικάκαι τα λοιπά.

8. Η ιδιότητα του ergacity.Ένα σύστημα που έχει μέρη μπορεί να περιλαμβάνει ένα άτομο ως ένα από τα μέρη του.

Ουσιαστικά, κάτω από πρίπλασμα κατανοεί τη διαδικασία κατασκευής, μελέτης και εφαρμογής μοντέλων ενός αντικειμένου (συστήματος). Σχετίζεται στενά με κατηγορίες όπως η αφαίρεση, η αναλογία, η υπόθεση κ.λπ. Η διαδικασία μοντελοποίησης περιλαμβάνει απαραιτήτως την κατασκευή αφαιρήσεων, συμπεράσματα κατ' αναλογία και την κατασκευή επιστημονικών υποθέσεων.

Υπόθεση– μια ορισμένη πρόβλεψη (υπόθεση), βασισμένη σε πειραματικά δεδομένα, περιορισμένες παρατηρήσεις, εικασίες. Ο έλεγχος των υποθέσεων που προτάθηκαν μπορεί να πραγματοποιηθεί κατά τη διάρκεια ενός ειδικά σχεδιασμένου πειράματος. Κατά τη διατύπωση και τον έλεγχο της ορθότητας των υποθέσεων μεγάλης σημασίαςη αναλογία χρησιμοποιείται ως μέθοδος κρίσης.

Αναλογικώςνα κρίνει κανείς οποιαδήποτε συγκεκριμένη ομοιότητα μεταξύ δύο αντικειμένων. Μια σύγχρονη επιστημονική υπόθεση δημιουργείται, κατά κανόνα, κατ' αναλογία με επιστημονικές αρχές που έχουν δοκιμαστεί στην πράξη. Έτσι, η αναλογία συνδέει την υπόθεση με το πείραμα.

Το κύριο χαρακτηριστικό της μοντελοποίησης είναι ότι είναι μια μέθοδος έμμεσης γνώσης με τη βοήθεια βοηθητικών υποκατάστατων αντικειμένων. Το μοντέλο λειτουργεί ως ένα είδος γνωστικού εργαλείου που ο ερευνητής τοποθετεί ανάμεσα στον εαυτό του και το αντικείμενο και με τη βοήθεια του οποίου μελετά το αντικείμενο που τον ενδιαφέρει.

Στην πιο γενική περίπτωση, κατά την κατασκευή ενός μοντέλου, ο ερευνητής απορρίπτει εκείνα τα χαρακτηριστικά και τις παραμέτρους του αρχικού αντικειμένου που δεν είναι απαραίτητα για τη μελέτη του αντικειμένου. Η επιλογή των χαρακτηριστικών του αρχικού αντικειμένου, τα οποία διατηρούνται και περιλαμβάνονται στο μοντέλο, καθορίζεται από τους στόχους της μοντελοποίησης. Τυπικά, αυτή η διαδικασία αφαίρεσης από μη ουσιώδεις παραμέτρους ενός αντικειμένου ονομάζεται τυποποίηση. Πιο συγκεκριμένα, επισημοποίηση είναι η αντικατάσταση ενός πραγματικού αντικειμένου ή διαδικασίας με την επίσημη περιγραφή του.

Η κύρια απαίτηση για τα μοντέλα είναι η επάρκειά τους σε πραγματικές διαδικασίες ή αντικείμενα που αντικαθιστά το μοντέλο.

Σχεδόν σε όλες τις επιστήμες για τη φύση, ζωντανή και άψυχη, για την κοινωνία, η κατασκευή και η χρήση μοντέλων είναι ένα ισχυρό εργαλείο γνώσης. Τα πραγματικά αντικείμενα και διαδικασίες είναι τόσο πολύπλευρα και πολύπλοκα που ο καλύτερος (και μερικές φορές ο μόνος) τρόπος μελέτης τους είναι συχνά η κατασκευή και η μελέτη ενός μοντέλου που αντικατοπτρίζει μόνο κάποια πτυχή της πραγματικότητας και επομένως είναι πολλές φορές απλούστερο από αυτήν την πραγματικότητα. Η εμπειρία αιώνων στην ανάπτυξη της επιστήμης έχει αποδείξει στην πράξη την καρποφορία αυτής της προσέγγισης. Πιο συγκεκριμένα, η ανάγκη χρήσης της μεθόδου μοντελοποίησης καθορίζεται από το γεγονός ότι πολλά αντικείμενα (συστήματα) είτε είναι αδύνατο να μελετηθούν άμεσα, είτε αυτή η έρευνα απαιτεί πάρα πολύ χρόνο και χρήμα.

Διάλεξη 11_1. «Η μοντελοποίηση ως μέθοδος γνώσης»

Είμαστε περιτριγυρισμένοι από εξαιρετικά ενδιαφέροντα και πολύπλοκος κόσμος, που αρχίζει να μαθαίνει ο άνθρωπος από μικρή ηλικία.

Τα παιδικά παιχνίδια είναι παρόμοια με αντικείμενα στον περιβάλλοντα κόσμο: άνθρωποι, ζώα, αυτοκίνητα, κτίρια κ.λπ.

Παίζοντας διάφορα παιχνίδια, τα παιδιά αναπαράγουν τις σχέσεις που αναπτύσσονται στην κοινωνία («μητέρες και κόρες», «αστροναύτες», «νοσοκομείο» κ.λπ.)

Στο σχολείο κατά τη διάρκεια των μαθημάτων ως οπτικά βοηθήματαΧρησιμοποιούνται διάφορες διατάξεις, ομοιώματα, χάρτες, διαγράμματα, πίνακες. Όλα αυτά χρησιμεύουν για τη μελέτη εκείνων των αντικειμένων, φαινομένων και διαδικασιών που είναι δύσκολο ή αδύνατο να μελετηθούν άμεσα.

Στο δικό του επαγγελματική δραστηριότητα– επιστημονικό, πρακτικό, καλλιτεχνικό – ένα άτομο χρησιμοποιεί επίσης μοντέλα, δηλ. δημιουργεί μια εικόνα του αντικειμένου (διαδικασίας ή φαινομένου) με το οποίο έχει να αντιμετωπίσει.

Καταφεύγουν στη δημιουργία μοντέλων όταν το υπό μελέτη αντικείμενο είναι είτε πολύ μεγάλο (μοντέλο ηλιακό σύστημα), ή πολύ μικρό (μοντέλο ατόμου), όταν η διαδικασία προχωρά πολύ γρήγορα (μοντέλο μηχανής εσωτερικής καύσης) ή πολύ αργά (γεωλογικά μοντέλα), η μελέτη ενός αντικειμένου μπορεί να οδηγήσει στην καταστροφή του (μοντέλο αεροπλάνου) ή η δημιουργία ενός αντικειμένου είναι πολύ ακριβή (αρχιτεκτονικό μοντέλο πόλης) κ.λπ.

Έτσι, η δημιουργία και η έρευνα μοντέλων αποτελεί αναπόσπαστο στοιχείο κάθε σκόπιμης δραστηριότητας.

Τα μοντέλα σάς επιτρέπουν να εκπροσωπείτε σε οπτική μορφήαντικείμενα και διαδικασίες, απρόσιτο στην άμεση αντίληψη.

Είναι αδύνατο να διατυπωθούν αυστηροί κανόνες για την κατασκευή μοντέλων, αλλά η ανθρωπότητα έχει συσσωρεύσει πλούτο εμπειρίας στη μοντελοποίηση διαφόρων αντικειμένων και διαδικασιών.

Τι είναι ένα μοντέλο;

Στην πραγματική ζωή, αυτός ο όρος έχει πολλές έννοιες:

Μοντέλο (fr. μοντέλο, αυτό. modello, λατ. συντελεστής - μέτρο, δείγμα) - Αυτό :

κάποια απλοποιημένη ομοιότητα πραγματικό αντικείμενο?

αναπαραγωγή ενός αντικειμένου σε μειωμένη ή μεγεθυμένη μορφή (διάταξη);

διάγραμμα, εικόνα ή περιγραφή οποιοδήποτε φαινόμενο ή διαδικασία στη φύση και την κοινωνία·

φυσικό ή πληροφοριακό ανάλογο ενός αντικειμένου , η λειτουργία του οποίου σε ορισμένες παραμέτρους είναι παρόμοια με τη λειτουργία ενός πραγματικού αντικειμένου.

νέο αντικείμενο (πραγματικό, ενημερωτικό ή φανταστικό), διαφορετικό από το αρχικό, το οποίο έχει ιδιότητες απαραίτητες για σκοπούς μοντελοποίησης και, στο πλαίσιο αυτών των σκοπών, αντικαθιστά πλήρως το αρχικό αντικείμενο.

Συχνά χρησιμοποιούνται οπτικά μοντέλα στη διαδικασία εκπαίδευση. Για παράδειγμα, σε ένα μάθημα γεωγραφίας, παίρνουμε τις πρώτες μας ιδέες για τον πλανήτη μας Γη μελετώντας το μοντέλο του - την υδρόγειο.

Τα μοντέλα παίζουν εξαιρετικά σημαντικό ρόλο στο σχέδιοκαι τη δημιουργία διαφόρων τεχνικών συσκευών, μηχανών και μηχανισμών, κτιρίων, ηλεκτρικών κυκλωμάτων κ.λπ. Χωρίς να δημιουργηθεί πρώτα ένα σχέδιο, είναι αδύνατη η κατασκευή έστω και απλού εξαρτήματος, για να μην αναφέρουμε έναν περίπλοκο μηχανισμό.

Κατά τη διαδικασία σχεδιασμού κτιρίων και κατασκευών, εκτός από σχέδια, κατασκευάζονται συχνά μακέτες. Κατά την ανάπτυξη των αεροσκαφών μελετάται η συμπεριφορά των μοντέλων τους στις ροές αέρα σε μια αεροδυναμική σήραγγα.

Η ανάπτυξη της επιστήμης είναι αδύνατη χωρίς τη δημιουργία θεωρητικά μοντέλα(θεωρίες, νόμοι, υποθέσεις) που αντικατοπτρίζουν τη δομή, τις ιδιότητες και τη συμπεριφορά των πραγματικών αντικειμένων. Η δημιουργία νέων θεωρητικών μοντέλων μερικές φορές αλλάζει ριζικά την κατανόηση της ανθρωπότητας για τον κόσμο γύρω μας (το ηλιοκεντρικό σύστημα του κόσμου του Κοπέρνικου, το μοντέλο του ατόμου Rutherford-Bohr, το μοντέλο του διαστελλόμενου Σύμπαντος, το μοντέλο του ανθρώπινου γονιδιώματος).

Ολα καλλιτεχνική δημιουργικότηταείναι στην πραγματικότητα η διαδικασία δημιουργίας μοντέλων. Για παράδειγμα, όπως αυτό λογοτεχνικό είδος, σαν μύθος, μεταφέρει τις πραγματικές σχέσεις μεταξύ των ανθρώπων στις σχέσεις μεταξύ των ζώων και ουσιαστικά δημιουργεί μοντέλα ανθρώπινων σχέσεων.

Κύκνος, λούτσος και καραβίδα

Όταν σε συντρόφους καμία συμφωνία,
Τα πράγματα δεν θα πάνε καλά για αυτούς,
Και δεν θα βγει τίποτα από αυτό, μόνο μαρτύριο.
Μια μέρα, ο Κύκνος, ο Καρκίνος και ο Λούτσος
Άρχισαν να κουβαλούν ένα κάρο γεμάτο αποσκευές,
Και οι τρεις μαζί αξιοποιήθηκαν σε αυτό.
Βάζουν τα δυνατά τους, αλλά το καρότσι εξακολουθεί να κινείται!
Οι αποσκευές θα τους φαινόταν ελαφριές:
Ναι, ο Κύκνος ορμάει στα σύννεφα,
Ο καρκίνος επιστρέφει και ο Λούτσος τραβάει στο νερό.
Ποιος φταίει και ποιος έχει δίκιο δεν είναι δικό μας θέμα.
Ναι, αλλά τα πράγματα είναι ακόμα εκεί.

Ποιες ανθρώπινες σχέσεις μοντελοποίησε ο Κρίλοφ μεταφέροντας τις σχέσεις μεταξύ ανθρώπων σε ζώα;

Σχεδόν οποιαδήποτε λογοτεχνικό έργομπορεί να θεωρηθεί ως υπόδειγμα του πραγματικού ΑΝΘΡΩΠΙΝΗ ζωη. Μοντέλα που αντικατοπτρίζουν την πραγματικότητα σε καλλιτεχνική μορφή είναι επίσης πίνακες ζωγραφικής, γλυπτά, θεατρικές παραστάσεις κ.λπ.

Όχι μόνο πραγματικά αντικείμενα, αλλά και «αφηρημένες, ιδανικές κατασκευές» μπορούν να χρησιμεύσουν ως μοντέλα. Χαρακτηριστικό παράδειγμαεξυπηρετούν τα μαθηματικά μοντέλα. Ως αποτέλεσμα των δραστηριοτήτων μαθηματικών, λογικών και φιλοσόφων που ασχολούνται με τη μελέτη των θεμελίων των μαθηματικών, δημιουργήθηκε η θεωρία των μοντέλων.

Πιθανώς τα πρώτα μοντέλα που αντικατέστησαν πραγματικά αντικείμενα ήταν γλωσσικά σημάδια. Προέκυψαν κατά την ανάπτυξη της ανθρωπότητας και σταδιακά μετατράπηκαν σε ομιλούμενη γλώσσα. Οι πρώτες βραχογραφίες (πετρογλυφικά), που χρονολογούνται πριν από 200 χιλιάδες χρόνια, ήταν γραφικά μοντέλα που απεικόνιζαν καθημερινές σκηνές, ζώα και σκηνές κυνηγιού. Το επόμενο στάδιο στην ανάπτυξη της μοντελοποίησης μπορεί να θεωρηθεί η εμφάνιση αριθμητικών συστημάτων και αριθμητικών σημείων.

Η μοντελοποίηση αναπτύχθηκε πίσω στο Αρχαία Ελλάδα. Στους V-III αιώνες. προ ΧΡΙΣΤΟΥ

Ο Πτολεμαίος δημιούργησε ένα γεωμετρικό μοντέλο του ηλιακού συστήματος και ο Ιπποκράτης χρησιμοποίησε το μάτι ενός ταύρου (ως φυσικό μοντέλο του ματιού) για να μελετήσει τη δομή του ανθρώπινου ματιού.

Σκοπός μοντελοποίησης

· Ας δούμε μερικά παραδείγματα μοντέλων που δημιουργήθηκαν για διαφορετικούς σκοπούς:

· προσομοιωτής για την εκμάθηση να πετάει ένα αεροσκάφος.

· μανεκέν για δοκιμή ρούχων?

· Σχέδιο Κρεμλίνου της Μόσχας

πίνακας Mendeleev.

Προσπαθήστε να προσδιορίσετε μόνοι σας τον σκοπό για τον οποίο δημιουργήθηκε καθένα από τα αναφερόμενα μοντέλα και σε ποιον μπορεί να είναι χρήσιμο;

· Όπως φαίνεται από τα παραδείγματα, ένα άτομο δημιουργεί μοντέλα αντικειμένων που επιτρέπουν την επίλυση μιας μεγάλης ποικιλίας προβλημάτων:

· δημιουργία αντικειμένων με καθορισμένες ιδιότητες. εξήγηση;

· γνωστά γεγονότα

· οικοδόμηση υποθέσεων?

· απόκτηση νέων γνώσεων σχετικά με τα υπό μελέτη αντικείμενα·

· πρόβλεψη;

διαχείριση κ.λπ. Διαφορετικές επιστήμες μελετούν αντικείμενα και διαδικασίες από διαφορετικές οπτικές γωνίες και κατασκευάζουν διαφορετικούς τύπους μοντέλων. Στη φυσική, μελετώνται οι διαδικασίες αλληλεπίδρασης και αλλαγής αντικειμένων, στη χημεία - τουςχημική σύνθεση

, στη βιολογία, τη δομή και τη συμπεριφορά των ζωντανών οργανισμών, και ούτω καθεξής. Κάθε αντικείμενο έχει μεγάλο αριθμό. διάφορες ιδιότητες

Κανένα μοντέλο δεν μπορεί να αντικαταστήσει το ίδιο το αντικείμενο. Αλλά όταν λύνουμε ένα συγκεκριμένο πρόβλημα, όταν μας ενδιαφέρει μια συγκεκριμένη ιδιότητα του αντικειμένου που μελετάται, το μοντέλο αποδεικνύεται χρήσιμο, και μερικές φορές το μοναδικό ερευνητικό εργαλείο. Στη διαδικασία κατασκευής ενός μοντέλου, το κύριο, το πιο σημαντικό για

συνεχιζόμενη έρευνα ακινήτων.: Κατά τη διαδικασία μελέτης των αεροδυναμικών ιδιοτήτων ενός μοντέλου αεροσκάφους σε αεροδυναμική σήραγγα, είναι σημαντικό το μοντέλο να έχει γεωμετρική ομοιότητα με το πρωτότυπο, αλλά, για παράδειγμα, το χρώμα του δεν είναι σημαντικό.

Διαφορετικές επιστήμες μελετούν αντικείμενα και διαδικασίες από διαφορετικές οπτικές γωνίες και κατασκευάζουν διαφορετικούς τύπους μοντέλων. Στη φυσική, μελετώνται οι διαδικασίες αλληλεπίδρασης και αλλαγής αντικειμένων, στη χημεία - η χημική τους σύνθεση, στη βιολογία - η δομή και η συμπεριφορά των ζωντανών οργανισμών κ.λπ.

Ας πάρουμε ένα άτομο ως παράδειγμα: σε διαφορετικές επιστήμες μελετάται στο πλαίσιο διαφορετικών μοντέλων. Όσον αφορά τη μηχανική, μπορεί να θεωρηθεί ως υλικό σημείο, στη χημεία - ως αντικείμενο που αποτελείται από διάφορες χημικές ουσίες, στη βιολογία - ως ένα σύστημα που αγωνίζεται για αυτοσυντήρηση.

Έτσι, μπορεί να ειπωθεί ότι κύριος σκοπός της μοντελοποίησης- αυτή είναι η μελέτη και η έρευνα του αντικειμένου ή του φαινομένου για το οποίο έχει κατασκευαστεί το μοντέλο.

Πλεονεκτήματα Οι μέθοδοι μοντελοποίησης είναι:

Ευστροφία;

Χαμηλό κόστος;

Μικρότερη χρονική διάρκεια (για παράδειγμα, για οικονομικά μοντέλα).

Μειονεκτήματα είναι:

Δυσκολίες στην κατασκευή ενός επαρκούς μοντέλου.

συλλογή μεγάλη ποσότητααξιόπιστες πληροφορίες.

Ο όρος «επάρκεια» (προέρχεται από το λατινικό adaequatus - «ίσος, ίσος») σημαίνει τη σωστή αναπαραγωγή στο μοντέλο των συνδέσεων και των σχέσεων του αντικειμενικού κόσμου. Αυτός ο όρος χαρακτηρίζει την ποιότητα του δημιουργημένου μοντέλου.

Το μοντέλο δεν απαιτείται να είναι αξιόπιστο - σε αυτήν την περίπτωση, το αποτέλεσμα δεν θα είναι μοντέλο, αλλά αντίγραφο. Ο βαθμός συμμόρφωσης καθορίζεται από τους στόχους της μοντελοποίησης. Η υπερβολική ομοιότητα με το πρωτότυπο είναι εξίσου άχρηστη με την ανεπαρκή ομοιότητα.

Για παράδειγμα, τα παιδικά παιχνίδια είναι μοντέλα πραγματικών αντικειμένων. Το επίπεδο συμμόρφωσης εξαρτάται από την ηλικία του παιδιού. Τα παιχνίδια για μικρά παιδιά συνήθως διαμορφώνουν μόνο το σχήμα ενός αντικειμένου. Για παράδειγμα, ένα μοντέλο αυτοκινήτου για ένα παιδί τριών ή τεσσάρων ετών είναι επαρκές εάν έχει αμάξωμα, καμπίνα, τέσσερις περιστρεφόμενους τροχούς και διατηρεί τις αναλογίες ενός πραγματικού αυτοκινήτου. Σε πιο σύνθετα παιχνίδια, προσομοιώνεται η αλληλεπίδραση μεταξύ των στοιχείων του αρχικού αντικειμένου: οι πόρτες και το καπό ανοίγουν, τα στοιχεία του τιμονιού λειτουργούν.

Επάρκεια θεωρητικών μοντέλων με νόμους πραγματικό κόσμοεπαληθεύεται μέσω δοκιμών και πειραμάτων.

Από την άλλη πλευρά, διαφορετικά αντικείμενα μπορούν να περιγραφούν από ένα μοντέλο. Έτσι, στη μηχανική, διάφορα υλικά σώματα (από έναν πλανήτη μέχρι έναν κόκκο άμμου) μπορούν να θεωρηθούν ως υλικά σημεία.

Εργασία για το σπίτι - αφηρημένη

Θέμα 1. Η μοντελοποίηση ως μέθοδος γνώσης

Σχέδιο:

1. Μοντέλο, προσομοίωση

2. Ταξινόμηση μοντέλων. Υλικά και μοντέλα πληροφοριών

1.Μοντέλο, προσομοίωση

Ο Αμερικανός συγγραφέας επιστημονικής φαντασίας Ray Bradbury έχει μια ιστορία που ονομάζεται "A Sound of Thunder". Αφηγείται την ιστορία μιας εταιρείας που οργανώνει ταξίδια 60 εκατομμύρια χρόνια στο παρελθόν. Όλοι οι επισκέπτες του παρελθόντος πρέπει να κινούνται μόνο κατά μήκος ενός ειδικά σχεδιασμένου μονοπατιού, επειδή ένα απρόσεκτο βήμα μπορεί ήδη να διαταράξει την επόμενη Ιστορία. Από το στόμα ενός από τους υπαλλήλους της εταιρείας περιγράφεται ως εξής:

«Ας υποθέσουμε ότι σκοτώσαμε κατά λάθος ένα ποντίκι εδώ. Αυτό σημαίνει ότι όλοι οι μελλοντικοί απόγονοι αυτού του ποντικιού δεν θα υπάρχουν... Θα καταστρέψετε όχι ένα, αλλά ένα εκατομμύριο ποντίκια... Τι γίνεται όμως με τις αλεπούδες, για τις οποίες χρειάζονταν αυτά τα ποντίκια; Αν δεν είναι αρκετά δέκα ποντίκια, μια αλεπού θα πεθάνει. Δέκα λιγότερες αλεπούδες - το λιοντάρι θα πεθάνει από την πείνα... Και ιδού το αποτέλεσμα: μετά από 59 εκατομμύρια χρόνια, ένας άνθρωπος των σπηλαίων, ένας από τους δεκάδες που κατοικούν σε ολόκληρο τον κόσμο, πηγαίνει για να κυνηγήσει έναν αγριόχοιρο ή μια τίγρη με δόντια σπαθιά. Αλλά εσείς, έχοντας συνθλίψει ένα ποντίκι, συνθλίψατε όλες τις τίγρεις σε αυτά τα μέρη. Και ο άνθρωπος των σπηλαίων πεθαίνει από την πείνα... Αυτός είναι ο θάνατος ενός δισεκατομμυρίου απογόνων του. Ίσως η Ρώμη να μην εμφανιστεί στους επτά λόφους της...»

Μάταια ένας από τους ήρωες της ιστορίας παρακαλούσε να τον επιστρέψουν πριν από 60 εκατομμύρια χρόνια για να αναβιώσει την πεταλούδα που κατά λάθος συνέτριψε. Κατέληξε σε μια εντελώς διαφορετική Ιστορία και πέθανε.

Αυτό, φυσικά, είναι απλώς μια φαντασίωση, ένα παραμύθι, μια κατάσταση που προσομοιώνει ο συγγραφέας, αλλά περιέχει έναν υπαινιγμό σε όλους μας πόσο προσεκτικοί πρέπει να είμαστε στην επικοινωνία μας με τη φύση. Πόσο συχνά οι αποφάσεις μας αποδεικνύονται άστοχες: είτε αποφασίζουμε ξαφνικά να καταστρέψουμε όλους τους λύκους, που υποτίθεται ότι φέρνουν μόνο κακό, είτε γεμίζουμε ολόκληρη την ήπειρο με κουνέλια (αυτό συνέβη στην Αυστραλία) και μετά δεν ξέρουμε πώς για να απαλλαγούμε από αυτά. Κάθε φορά θέλουμε να επιστρέφουμε σε εκείνη τη μοιραία στιγμή και να κάνουμε αυτό που πιστεύουμε ότι είναι πιο σωστό βήμα. Αλλά αυτό, δυστυχώς, είναι αδύνατο - δεν υπάρχει χρονομηχανή που θα μας πήγαινε πίσω στο παρελθόν.

Υπάρχει, ωστόσο, μια «μηχανή του χρόνου» που σας επιτρέπει να κοιτάξετε στο μέλλον, να αναλύσετε, να προσομοιώσετε μια διαδικασία, μια κατάσταση - αυτή είναι η επιστήμη.

Ας δούμε ένα παράδειγμα από τη ζωή. Το 1870, το Βρετανικό Ναυαρχείο καθέλκυσε το νέο θωρηκτό Captain. Το πλοίο βγήκε στη θάλασσα και αναποδογύρισε. Το πλοίο χάθηκε, 523 άνθρωποι σκοτώθηκαν.

Αυτό ήταν εντελώς απροσδόκητο για όλους. Για όλους εκτός από ένα άτομο. Ήταν ο Άγγλος επιστήμονας ναυπηγικής W. Reed, ο οποίος προηγουμένως διεξήγαγε έρευνα σε ένα μοντέλο του θωρηκτού και διαπίστωσε ότι το πλοίο θα αναποδογύριζε ακόμη και με ελαφρά κύματα. Αλλά οι άρχοντες από το Ναυαρχείο δεν πίστεψαν τον επιστήμονα που έκανε κάποια «επιπόλαια» πειράματα με ένα «παιχνίδι». Και έγινε το ανεπανόρθωτο.

Συναντάμε διάφορα μοντέλα ακόμα και στην πρώιμη παιδική ηλικία: ένα αυτοκίνητο-παιχνίδι, ένα αεροπλάνο ή μια βάρκα ήταν αγαπημένα παιχνίδια για πολλούς, καθώς και ένα αρκουδάκι ή κούκλα. Τα παιδιά συχνά μοντελοποιούν (παίζουν με μπλοκ, ένα συνηθισμένο ραβδί αντικαθιστά ένα άλογο κ.λπ.).

Στην ανάπτυξη ενός παιδιού, στη διαδικασία της γνώσης του κόσμου γύρω του, τέτοια παιχνίδια, που είναι ουσιαστικά μοντέλα πραγματικών αντικειμένων, παίζουν σημαντικό ρόλο. Στην εφηβεία, για πολλούς, το πάθος για τη μοντελοποίηση αεροσκαφών, τη μοντελοποίηση πλοίων και τη δημιουργία παιχνιδιών παρόμοια με αληθινά αντικείμενα με τα χέρια του επηρεάζει την επιλογή μονοπάτι ζωής. Τα μοντέλα και οι προσομοιώσεις έχουν χρησιμοποιηθεί από την ανθρωπότητα εδώ και πολύ καιρό. Στην πραγματικότητα, ήταν ακριβώς τα μοντέλα και οι σχέσεις μοντέλων που καθόρισαν την εμφάνιση ομιλούμενες γλώσσες, γραφή, γραφικά. Οι βραχογραφίες των προγόνων μας, μετά οι πίνακες και τα βιβλία είναι πρότυπα, ενημερωτικές μορφές μεταφοράς της γνώσης για τον κόσμο γύρω μας στις επόμενες γενιές.

Ας προσπαθήσουμε να καταλάβουμε τι είναι μοντέλο.

Φαίνεται ότι τι είναι κοινό μεταξύ ενός σκάφους-παιχνίδι και ενός σχεδίου σε μια οθόνη υπολογιστή που απεικονίζει μια περίπλοκη μαθηματική αφαίρεση; Και όμως υπάρχει κάτι κοινό: και στις δύο περιπτώσεις έχουμε μια εικόνα ενός πραγματικού αντικειμένου, το οποίο είναι «υποκατάστατο» κάποιου πρωτότυπου, αναπαράγοντας το πρωτότυπο με διάφορους βαθμούς αξιοπιστίας ή λεπτομέρειας. Με άλλα λόγια: ένα μοντέλο είναι μια αναπαράσταση ενός αντικειμένου σε κάποια μορφή που είναι διαφορετική από τη μορφή της πραγματικής του ύπαρξης.

Σχεδόν σε όλες τις επιστήμες σχετικά με τη φύση (ζώντες και μη) και την κοινωνία, η κατασκευή και η χρήση μοντέλων είναι ένα ισχυρό εργαλείο γνώσης. Τα πραγματικά αντικείμενα και οι διαδικασίες μπορεί να είναι τόσο πολύπλευρα και πολύπλοκα που ο καλύτερος τρόπος για να τα μελετήσεις είναι ο εξής: να χτίσεις ένα μοντέλο που να αντικατοπτρίζει μόνο κάποια πτυχή της πραγματικότητας και επομένως ασύγκριτα απλούστερο από αυτήν την πραγματικότητα, και να μελετήσεις πρώτα αυτό το μοντέλο. Η εμπειρία αιώνων στην ανάπτυξη της επιστήμης έχει αποδείξει στην πράξη την καρποφορία αυτής της προσέγγισης. Το μοντέλο είναι ένας ανεκτίμητος και αδιαμφισβήτητος βοηθός μηχανικών και επιστημόνων.

Εδώ είναι μερικά παραδείγματα,εξηγώντας τι είναι μοντέλο.

Ο αρχιτέκτονας ετοιμάζεται να χτίσει Κτίριοενός τύπου που δεν έχουμε ξαναδεί. Αλλά πριν το χτίσει, χτίζει αυτό κτίριο από κύβους στο τραπέζι,για να δούμε πώς θα μοιάζει. Αυτό μοντέλο κτιρίου.

Για να εξηγήσω πώς λειτουργεί κυκλοφορικό σύστημα,ο λέκτορας δείχνει αφίσα με διάγραμμα,στα οποία τα βέλη απεικονίζουν την κατεύθυνση της ροής του αίματος. Αυτό μοντέλο της λειτουργίας του κυκλοφορικού συστήματος.

Κρεμασμένο στον τοίχο ζωγραφική,που απεικονίζει ανθισμένος οπωρώνας μήλων.Αυτό μοντέλο οπωρώνα μήλων.

Ένα λογοτεχνικό είδος, όπως ένας μύθος ή μια παραβολή,σχετίζεται άμεσα με την έννοια του μοντέλου, αφού η έννοια αυτού του είδους είναι να μεταφέρει τις σχέσεις μεταξύ ανθρώπων σε σχέσεις μεταξύ ζώων.

Ας προσπαθήσουμε να καταλάβουμε ποιος είναι ο ρόλος των μοντέλων στα παραδείγματα που δίνονται.

Φυσικά, ένας αρχιτέκτονας θα μπορούσε να χτίσει ένα κτίριο χωρίς να πειραματιστεί πρώτα με κύβους. Αλλά δεν είναι σίγουρος ότι το κτίριο θα φαίνεται αρκετά καλό. Αν αποδειχτεί άσχημο, τότε για πολλά χρόνια θα είναι μια σιωπηλή μομφή στον δημιουργό του. Είναι καλύτερα να πειραματιστείτε με κύβους.

Φυσικά, ο καθηγητής θα μπορούσε να χρησιμοποιήσει έναν λεπτομερή ανατομικό άτλαντα για επίδειξη. Αλλά δεν χρειάζεται τέτοιο επίπεδο λεπτομέρειας όταν μελετά το κυκλοφορικό σύστημα. Επιπλέον, παρεμβαίνει στη μάθηση επειδή σας εμποδίζει να εστιάσετε στο κύριο πράγμα. Είναι πολύ πιο αποτελεσματικό να χρησιμοποιείτε αφίσα.

Φυσικά, περπατώντας σε έναν μυρωδάτο οπωρώνα μήλων, μπορείτε να αποκτήσετε τις πιο πλούσιες συναισθηματικές εντυπώσεις. Αλλά αν ζούμε στον Άπω Βορρά και δεν έχουμε την ευκαιρία να δούμε έναν οπωρώνα μήλων ανθισμένο, μπορούμε να δούμε την εικόνα και να φανταστούμε αυτόν τον οπωρώνα.

Σε όλα τα παραδείγματα που αναφέρονται, υπάρχει μια σύγκριση κάποιου αντικειμένου με ένα άλλο που το αντικαθιστά: ένα πραγματικό κτίριο είναι μια κατασκευή από κύβους. κυκλοφορικό σύστημα - διάγραμμα σε αφίσα. οπωρώνας μήλων - ένας πίνακας που το απεικονίζει.

Ας δώσουμε λοιπόν τον ακόλουθο ορισμό του μοντέλου:

Μοντέλο - Πρόκειται για ένα υλικό ή νοητικά φανταστικό αντικείμενο που, στη διαδικασία της μελέτης, αντικαθιστά το αρχικό αντικείμενο, διατηρώντας ορισμένα τυπικά χαρακτηριστικά αυτού του πρωτοτύπου που είναι σημαντικά για αυτήν τη μελέτη.

Ή μπορείτε να το πείτε με άλλα λόγια: μοντέλο - είναι μια απλοποιημένη αναπαράσταση ενός πραγματικού αντικειμένου, διαδικασίας ή φαινομένου.

Το μοντέλο σάς επιτρέπει να μάθετε πώς να ελέγχετε σωστά ένα αντικείμενο δοκιμάζοντας διάφορες επιλογές ελέγχου σε ένα μοντέλο αυτού του αντικειμένου. Πειραματιστείτε για αυτούς τους σκοπούς με ένα πραγματικό αντικείμενο μέσα το καλύτερο σενάριομπορεί να είναι άβολο, αλλά κατά κανόνα είναι απλά επιβλαβές ή ακόμα και αδύνατο για διάφορους λόγους (η μεγάλη διάρκεια του πειράματος στο χρόνο, ο κίνδυνος να φέρει το αντικείμενο σε ανεπιθύμητη και μη αναστρέψιμη κατάσταση κ.λπ.)

Λοιπόν, ας βγάλουμε συμπεράσματα: Το μοντέλο χρειάζεται για να:

Κατανοήστε πώς είναι δομημένο ένα συγκεκριμένο αντικείμενο - ποια είναι η δομή του, οι βασικές του ιδιότητες, οι νόμοι ανάπτυξης και η αλληλεπίδρασή του με τον έξω κόσμο.

Μάθετε να διαχειρίζεστε ένα αντικείμενο ή μια διαδικασία και να προσδιορίζετε τις καλύτερες μεθόδους διαχείρισης για δεδομένους στόχους και κριτήρια (βελτιστοποίηση).

Προβλέψτε τις άμεσες και έμμεσες συνέπειες της εφαρμογής καθορισμένων μεθόδων και μορφών επιπτώσεων στο αντικείμενο.

Κανένα μοντέλο δεν μπορεί να αντικαταστήσει το ίδιο το φαινόμενο, αλλά όταν λύνουμε ένα πρόβλημα, όταν μας ενδιαφέρει μια συγκεκριμένη ιδιότητα της διαδικασίας ή του φαινομένου που μελετάται, το μοντέλο αποδεικνύεται χρήσιμο και μερικές φορές το μόνο εργαλείο για έρευνα και γνώση.

Πρίπλασμα αναφέρεται τόσο στη διαδικασία κατασκευής ενός μοντέλου όσο και στη διαδικασία μελέτης της δομής και των ιδιοτήτων του πρωτοτύπου χρησιμοποιώντας το κατασκευασμένο μοντέλο.

Η τεχνολογία μοντελοποίησης απαιτεί από τον ερευνητή να είναι σε θέση να εντοπίσει προβλήματα και να θέτει προβλήματα, να προβλέψει τα αποτελέσματα της έρευνας, να κάνει λογικές εκτιμήσεις, να εντοπίσει κύριους και δευτερεύοντες παράγοντες για την κατασκευή μοντέλων, να επιλέξει αναλογίες και μαθηματικές διατυπώσεις, να λύσει προβλήματα χρησιμοποιώντας συστήματα υπολογιστών και να αναλύσει πειράματα υπολογιστή.

Οι δεξιότητες μοντελοποίησης είναι πολύ σημαντικές για ένα άτομο στις καθημερινές του δραστηριότητες. Βοηθούν να προγραμματίσετε με σύνεση την καθημερινή σας ρουτίνα, να μελετήσετε, να εργαστείτε, να επιλέξετε τις καλύτερες επιλογές εάν έχετε επιλογή και να επιλύσετε με επιτυχία διάφορα προβλήματα ζωής.

Υλικό (αντικείμενο, φυσικό) συνήθως ονομάζεται πρίπλασμα,στην οποία ένα πραγματικό αντικείμενο συγκρίνεται με το μεγεθυσμένο ή μειωμένο αντίγραφό του, το οποίο επιτρέπει την έρευνα (συνήθως σε εργαστηριακές συνθήκες) χρησιμοποιώντας την επακόλουθη μεταφορά των ιδιοτήτων των διεργασιών και φαινομένων που μελετώνται από το μοντέλο στο αντικείμενο με βάση τη θεωρία της ομοιότητας.

Παραδείγματα:στην αστρονομία - ένα πλανητάριο, στην αρχιτεκτονική - μοντέλα κτιρίων, στη μηχανική αεροσκαφών - μοντέλα αεροσκαφών.

Θεμελιωδώς διαφορετικό από τη μοντελοποίηση υλικού τέλειο μόντελινγκ, που δεν βασίζεται σε υλικόαναλογίες μεταξύ αντικειμένου και μοντέλου, ΕΝΑεπί ιδανικό, σκέψη.