La modellazione come metodo. Metodo di modellazione e sua importanza nello sviluppo di nuove tecnologie e strutture

Nella vita di tutti i giorni, nella produzione, nella ricerca, nell'ingegneria o in qualsiasi altra attività, una persona è costantemente alle prese con la risoluzione di problemi. Tutti i compiti in base al loro scopo possono essere suddivisi in due categorie: informatica compiti il ​​cui scopo è determinare una certa quantità, e funzionale compiti progettati per creare un determinato apparato che esegue determinate azioni - funzioni.

Ad esempio, la progettazione di un nuovo edificio richiede la risoluzione del problema del calcolo della forza delle sue fondamenta, delle strutture di supporto, del calcolo dei costi finanziari di costruzione, della determinazione del numero ottimale di dipendenti, ecc. Per aumentare la produttività dei costruttori sono state create molte macchine funzionali (sono stati risolti i compiti funzionali), come un escavatore, un bulldozer, una gru, ecc.

I computer di prima e seconda generazione sono stati utilizzati principalmente per risolvere problemi di calcolo: eseguire calcoli ingegneristici, scientifici e finanziari. A partire dalla terza generazione, il campo di applicazione dei computer comprende anche la soluzione di problemi funzionali: si tratta della manutenzione, gestione e progettazione dei database. Un computer moderno può essere utilizzato per risolvere quasi tutti i problemi.

L'attività umana e, in particolare, la risoluzione dei problemi sono indissolubilmente legate alla costruzione, allo studio e all'uso di modelli di oggetti, processi e fenomeni diversi. Nella sua attività - nella sfera pratica, artistica, scientifica - una persona crea sempre un certo calco, sostitutivo dell'oggetto, processo o fenomeno con cui ha a che fare. Può essere un dipinto, un disegno, una scultura, un modello, formula matematica, descrizione verbale e così via.

oggetto(dal lat. objectum - soggetto) è chiamato tutto ciò che si oppone al soggetto nella sua pratica e attività cognitiva, tutto ciò a cui è rivolta questa attività. Gli oggetti sono intesi come oggetti e fenomeni, accessibili e inaccessibili alla percezione sensoriale umana, ma che hanno un effetto visibile su altri oggetti (ad esempio gravità, infrasuoni o onde elettromagnetiche). Realtà oggettiva, che esiste indipendentemente da noi, è un oggetto per una persona in qualsiasi sua attività e interagisce con essa. Pertanto, un oggetto dovrebbe sempre essere considerato in interazione con altri oggetti, tenendo conto della loro reciproca influenza.

L'attività umana di solito va in due direzioni: studia proprietà dell'oggetto ai fini del loro utilizzo (o neutralizzazione); creazione nuovi oggetti con proprietà utili. La prima direzione riguarda la ricerca scientifica e ha un grande ruolo nella loro condotta. ipotesi, cioè. predizione delle proprietà di un oggetto con una conoscenza insufficiente di esso. La seconda direzione riguarda la progettazione ingegneristica. in cui ruolo importante gioca il concetto analogia– un giudizio su qualsiasi somiglianza tra un oggetto noto e uno proiettato. L'analogia può essere totale o parziale. Questo concetto è relativo ed è determinato dal livello di astrazione e dallo scopo di costruire un'analogia.

Modello(dal latino modulus - campione) di qualsiasi oggetto, processo o fenomeno è chiamato sostituto (immagine, analogico, rappresentante) usato come originale. Il modello ci fornisce una rappresentazione di un oggetto o fenomeno reale in una forma diversa dalla forma della sua esistenza reale. Ad esempio, in una conversazione sostituiamo oggetti reali con i loro nomi, parole. E dal nome sostitutivo in questo caso è richiesta la cosa più semplice: designare l'oggetto necessario. Così, fin dall'infanzia ci troviamo di fronte al concetto di "modello" (il primo vero modello della nostra vita è un capezzolo).

Il modello è un potente strumento di conoscenza. Si ricorre alla creazione di modelli quando l'oggetto in esame è molto grande (modello del sistema solare) o molto piccolo (modello dell'atomo), quando il processo procede molto rapidamente (modello di un motore a combustione interna) o molto lentamente (modelli geologici), lo studio dell'oggetto può portare alla sua distruzione (granata da addestramento) oppure la realizzazione di un modello è molto costosa (modello architettonico della città), ecc.

Ogni oggetto ha un gran numero di proprietà diverse. Nel processo di costruzione di un modello, il principale, il più significativo, proprietà, quelle che interessano il ricercatore. Questa è la caratteristica principale e lo scopo principale dei modelli. Quindi, sotto modello si intende qualche oggetto che sostituisca l'oggetto reale oggetto di studio con la conservazione delle sue proprietà più essenziali.

Non esiste solo un modello, "modello" è un termine che richiede una parola o una frase qualificante, ad esempio: un modello di un atomo, un modello dell'Universo. In un certo senso, un'immagine di un artista o uno spettacolo teatrale possono essere considerati un modello (questi sono modelli che riflettono l'uno o l'altro lato del mondo spirituale umano).

Viene chiamato lo studio di oggetti, processi o fenomeni costruendo e studiando i loro modelli per determinare o perfezionare le caratteristiche dell'originale modellazione. La simulazione può essere definita come la rappresentazione di un oggetto da parte di un modello al fine di ottenere informazioni su questo oggetto sperimentando il suo modello. La teoria della sostituzione di oggetti originali con un oggetto modello è chiamata teoria dei modelli. L'intera varietà di metodi di modellazione considerati dalla teoria dei modelli può essere suddivisa in due gruppi: analitica e simulazione modellazione.

La modellazione analitica consiste nella costruzione di un modello basato sulla descrizione del comportamento di un oggetto o di un sistema di oggetti sotto forma di espressioni analitiche - formule. Con tale modellazione, l'oggetto è descritto da un sistema algebrico lineare o non lineare o equazioni differenziali, la cui soluzione può dare un'idea delle proprietà dell'oggetto. Al modello analitico ottenuto vengono applicati metodi analitici o numerici approssimativi, tenendo conto del tipo e della complessità delle formule. L'implementazione di metodi numerici è solitamente assegnata a computer con elevata potenza di calcolo. Tuttavia, l'applicazione della modellazione analitica è limitata dalla complessità dell'ottenimento e dell'analisi di espressioni per sistemi di grandi dimensioni.

La modellazione di simulazione implica la costruzione di un modello con caratteristiche adeguate all'originale, basato su uno qualsiasi dei suoi principi fisici o informativi. Ciò significa che le influenze esterne sul modello e sull'oggetto provocano modifiche identiche nelle proprietà dell'originale e del modello. Con tale modellazione non esiste un modello analitico generale di grandi dimensioni e l'oggetto è rappresentato da un sistema costituito da elementi che interagiscono tra loro e con mondo esterno. Impostando le influenze esterne è possibile ottenere le caratteristiche del sistema e analizzarle. Recentemente, la modellazione di simulazione è sempre più associata alla modellazione di oggetti su un computer, che consente di esplorare in modo interattivo modelli di oggetti di varia natura.

Se i risultati della simulazione sono confermati e possono servire come base per prevedere il comportamento degli oggetti in studio, allora si dice che il modello è adeguato oggetto. Il grado di adeguatezza dipende dallo scopo e dai criteri della modellazione.

Gli obiettivi principali della modellazione:

7. Comprendere come funziona un particolare oggetto, qual è la sua struttura, le proprietà di base, le leggi di sviluppo e l'interazione con il mondo esterno (comprensione).

8. Impara a gestire un oggetto (processo) e determina modi migliori gestione in base a determinati obiettivi e criteri (gestione).

9. Prevedere le conseguenze dirette e indirette dell'attuazione dei metodi e delle forme di impatto specificati sull'oggetto (previsione).

Quasi tutti gli oggetti di modellazione possono essere rappresentati da un insieme di elementi e relazioni tra di loro, ad es. essere un sistema che interagisce con l'ambiente esterno. Sistema(dal greco. sistema - il tutto) è un insieme mirato di elementi interconnessi di qualsiasi natura. Ambiente esternoè un insieme di elementi di qualsiasi natura esistenti al di fuori del sistema che influenzano il sistema o sono sotto la sua influenza. Con un approccio sistematico alla modellazione, prima di tutto, lo scopo della modellazione è chiaramente definito. La creazione di un modello di un analogo completo dell'originale è un compito laborioso e costoso, quindi il modello viene creato per uno scopo specifico.

Ancora una volta, notiamo che qualsiasi modello non è una copia dell'oggetto, ma riflette solo le caratteristiche e le proprietà più importanti ed essenziali, trascurando il resto delle caratteristiche dell'oggetto, che sono insignificanti nell'ambito del compito. Ad esempio, un modello di una persona in biologia può essere un sistema che lotta per l'autoconservazione; in chimica, un oggetto costituito da varie sostanze; in meccanica, un punto con massa. Uno stesso oggetto reale può essere descritto da modelli diversi (in aspetti diversi e per scopi diversi). E lo stesso modello può essere considerato come un modello di oggetti reali completamente diversi (da un granello di sabbia a un pianeta).

Nessun modello può sostituire completamente l'oggetto stesso. Ma quando risolviamo problemi specifici, quando siamo interessati a determinate proprietà dell'oggetto in studio, il modello si rivela utile, semplice e talvolta l'unico strumento di ricerca.

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Metodo di modellazione.

Attualmente, il metodo di modellazione è ampiamente utilizzato nella ricerca pedagogica.

La modellazione è un metodo per creare ed esaminare modelli. Lo studio del modello consente di acquisire nuove conoscenze, nuove informazioni olistiche sull'oggetto.

Le caratteristiche essenziali del modello sono: visibilità, astrazione, elemento di fantasia e immaginazione scientifica, uso dell'analogia come metodo logico di costruzione, elemento di ipoteticità. In altre parole,il modello è un'ipotesi espressa in forma visiva.

Una proprietà importante del modello è la presenza di immaginazione creativa in esso. Concetti, paradigmi, vari scenari, business e giochi cognitivi, ecc. possono diventare forme di modellazione, ad esempio, del processo educativo.

Il processo di creazione di un modello è piuttosto laborioso, il ricercatore, per così dire, attraversa diverse fasi.

Primo - uno studio approfondito dell'esperienza associata al fenomeno di interesse per il ricercatore, l'analisi e la generalizzazione di tale esperienza e la creazione di un'ipotesi alla base del modello futuro.

Secondo - elaborare un programma di ricerca, organizzare le attività pratiche secondo il programma sviluppato, apportarvi gli adeguamenti dettati dalla pratica, chiarire l'ipotesi di ricerca iniziale assunta a base del modello.

Il terzo - Creazione della versione finale del modello. Se nella seconda fase il ricercatore, per così dire, offre varie opzioni per il fenomeno costruito, nella terza fase, sulla base di queste opzioni, crea il campione finale del processo (o progetto) che intende strumento.

In pedagogia, la modellazione viene utilizzata con successo per risolvere importanti problemi didattici. Ad esempio, un educatore-ricercatore può sviluppare modelli per: ottimizzazione della struttura processo educativo, attivazione dell'indipendenza cognitiva degli studenti, approccio centrato sullo studente agli studenti nel processo educativo.

Il metodo di modellazione apre la possibilità di matematizzazione per la scienza pedagogica processi pedagogici. La matematizzazione della pedagogia ha un enorme potenziale epistemologico. Applicazione modellazione matematicaè strettamente connesso con una conoscenza sempre più profonda dell'essenza dei fenomeni e dei processi educativi, un approfondimento fondamenti teorici ricerca.

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Modellazione (in senso lato)- il principale metodo di ricerca in tutti i campi della conoscenza, nei vari campi dell'attività umana.

Modellando ricerca scientificaè stato utilizzato fin dall'antichità. Gli elementi di modellazione sono stati utilizzati fin dall'inizio dell'emergere delle scienze esatte e non è un caso che alcuni metodi matematici prendono il nome da grandi scienziati come Newton ed Eulero, e la parola "algoritmo" deriva dal nome dello scienziato arabo medievale Al-Khwarizmi.

A poco a poco, la modellazione ha catturato tutte le nuove aree della conoscenza scientifica: progettazione tecnica, edilizia e architettura, astronomia, fisica, chimica, biologia e, infine, scienze sociali. Tuttavia, la metodologia di modellazione è stata a lungo sviluppata dalle singole scienze indipendentemente l'una dall'altra. Non esisteva un sistema unificato di concetti, una terminologia unificata. Solo gradualmente si cominciò a realizzare il ruolo della modellazione come metodo universale. conoscenza scientifica. Grande successo e riconoscimento in quasi tutti i settori scienza moderna ha portato il Novecento al metodo della modellazione. Alla fine degli anni '40 e all'inizio degli anni '50, il rapido sviluppo dei metodi di modellazione fu dovuto all'emergere dei computer (computer), che salvarono scienziati e ricercatori da un'enorme quantità di lavoro computazionale di routine. I computer della prima e della seconda generazione sono stati utilizzati per risolvere problemi di calcolo, per calcoli ingegneristici, scientifici, finanziari, per elaborare grandi quantità di dati. A partire dalla terza generazione, il campo di applicazione dei computer comprende anche la soluzione di problemi funzionali: si tratta di elaborazione, gestione e progettazione di database. Un moderno computer è lo strumento principale per risolvere qualsiasi problema di modellazione.

Ecco i concetti di base relativi alla modellazione ,,.

Oggetto (dal lat. objectum - soggetto) della ricerca- tutto ciò a cui è diretta l'attività umana.

Modello (oggetto - originale)(dal latino modus - "misura", "volume", "immagine") - un oggetto ausiliario che riflette il più essenziale per lo studio dei modelli, dell'essenza, delle proprietà, delle caratteristiche della struttura e del funzionamento dell'oggetto originale.

Il significato originario della parola "modello" era associato all'arte di costruire, e in quasi tutte lingue europee era usato per denotare un'immagine o un prototipo, o una cosa simile in qualche modo a un'altra cosa.

Attualmente, il termine "modello" è ampiamente utilizzato in vari campi dell'attività umana e ha molti significati semantici. Questo tutorial tratta solo di modelli che sono strumenti per acquisire conoscenze.

Modellazione- un metodo di ricerca basato sulla sostituzione dell'oggetto originale oggetto di studio con il suo modello e sul lavoro con esso (invece dell'oggetto).

Teoria dei modelli- la teoria della sostituzione dell'oggetto originale con il suo modello e dello studio delle proprietà dell'oggetto sul suo modello.

Di norma, alcuni sistemi fungono da oggetto di modellazione.

Sistema- un insieme di elementi interrelati, uniti per raggiungere un obiettivo comune, isolati dall'ambiente e interagenti con esso come un tutto integrale, e allo stesso tempo che mostrano le principali proprietà del sistema. Si individuano 15 principali proprietà del sistema, tra le quali: emergenza (emergenza); completezza; struttura; integrità; subordinazione all'obiettivo; gerarchia; Infinito; ergaticità.

Proprietà di sistema:

1. Emersione (emergenza). Si tratta di una proprietà di sistema, secondo la quale il risultato del comportamento del sistema ha un effetto diverso dall'"addizione" (connessione indipendente) in qualsiasi modo dei risultati del comportamento di tutti gli "elementi" inclusi nella sistema. In altre parole, secondo questa caratteristica del sistema, le sue proprietà non si riducono alla totalità delle proprietà delle parti che lo compongono, e non ne derivano.

2. La proprietà dell'integrità, della determinazione. Il sistema è sempre considerato come qualcosa di intero, integrale, relativamente isolato dall'ambiente.

3. proprietà strutturata. Il sistema ha parti che sono opportunamente collegate tra loro e con l'ambiente.

4. Proprietà di integrità. In relazione ad altri oggetti o con ambiente il sistema agisce come qualcosa di inseparabile in parti interagenti.

5. La proprietà della subordinazione alla meta. L'intera organizzazione del sistema è subordinata a uno o più obiettivi diversi.

6. proprietà della gerarchia. Un sistema può avere diversi livelli di struttura qualitativamente differenti che non possono essere ridotti l'uno all'altro.

7. proprietà dell'infinito. L'impossibilità di una conoscenza completa del sistema e della sua rappresentazione globale da parte di qualsiasi insieme finito di modelli, in particolare descrizioni, qualità e caratteristiche quantitative eccetera.

8. Proprietà ergonomica. Un sistema con parti può includere una persona come una delle sue parti.

In sostanza, sotto modellazione si comprende il processo di costruzione, studio e applicazione di modelli di un oggetto (sistema). È strettamente correlato a categorie come astrazione, analogia, ipotesi, ecc. Il processo di modellazione include necessariamente la costruzione di astrazioni e inferenze per analogia e la costruzione di ipotesi scientifiche.

Ipotesi- una certa previsione (ipotesi) basata su dati sperimentali, osservazioni di portata limitata, congetture. Le ipotesi avanzate possono essere verificate nel corso di un esperimento appositamente progettato. Quando si formula e si verifica la correttezza delle ipotesi, l'analogia è di grande importanza come metodo di giudizio.

Per analogia chiamato giudizio su qualsiasi particolare somiglianza di due oggetti. Un'ipotesi scientifica moderna viene creata, di regola, per analogia con le disposizioni scientifiche testate nella pratica. Pertanto, l'analogia collega l'ipotesi con l'esperimento.

La caratteristica principale della modellazione è che è un metodo di cognizione indiretta con l'aiuto di oggetti sostitutivi ausiliari. Il modello agisce come una sorta di strumento di conoscenza, che il ricercatore interpone tra sé e l'oggetto, e con l'aiuto del quale studia l'oggetto di suo interesse.

Nel caso più generale, quando si costruisce un modello, il ricercatore scarta quelle caratteristiche, parametri dell'oggetto originario che non sono essenziali per lo studio dell'oggetto. La scelta delle caratteristiche dell'oggetto originale, che sono conservate e incluse nel modello, è determinata dagli obiettivi della modellazione. Di solito, un tale processo di astrazione dai parametri non essenziali di un oggetto è chiamato formalizzazione. Più precisamente, la formalizzazione è la sostituzione di un oggetto o processo reale con la sua descrizione formale.

Il requisito principale per i modelli è la loro adeguatezza ai processi reali o agli oggetti che il modello sostituisce.

In quasi tutte le scienze sulla natura, animata e inanimata, sulla società, la costruzione e l'uso di modelli è un potente strumento di conoscenza. Gli oggetti ei processi reali sono così sfaccettati e complessi che il modo migliore (e talvolta l'unico) per studiarli è spesso la costruzione e lo studio di un modello che rifletta solo qualche sfaccettatura della realtà e quindi molte volte più semplice di questa realtà. L'esperienza secolare nello sviluppo della scienza ha dimostrato in pratica la fecondità di questo approccio. Più in particolare, la necessità di utilizzare il metodo di modellazione è determinata dal fatto che molti oggetti (sistemi) sono o impossibili da studiare direttamente o completamente impossibili, oppure questo studio richiede troppo tempo e denaro.

Lezione 11_1. "La modellazione come metodo cognitivo"

Siamo circondati da un insolitamente interessante e mondo complesso, che una persona inizia a imparare fin dalla tenera età.

I giocattoli per bambini sono simili agli oggetti del mondo circostante: persone, animali, automobili, edifici, ecc.

Facendo vari giochi, i bambini riproducono le relazioni che si sviluppano nella società ("madre-figlie", "cosmonauti", "ospedale", ecc.)

A scuola, vari layout, manichini, mappe, diagrammi, tabelle vengono utilizzati come ausili visivi in ​​classe. Tutto questo serve per studiare quegli oggetti, quei fenomeni e quei processi che sono difficili o impossibili da studiare direttamente.

Nel suo attività professionale- scientifico, pratico, artistico - una persona usa anche modelli, ad es. crea un'immagine dell'oggetto (processo o fenomeno) con cui ha a che fare.

Si ricorre alla creazione di modelli quando l'oggetto in esame è o molto grande (model sistema solare), o molto piccoli (modello atomico), quando il processo è molto veloce (modello motore a combustione interna) o molto lento (modelli geologici), lo studio dell'oggetto può portare alla sua distruzione (modello aereo) o alla creazione dell'oggetto è molto costoso (modello architettonico della città) ecc.

Pertanto, la creazione e lo studio di modelli è un elemento integrante di qualsiasi attività finalizzata.

I modelli consentono di rappresentare forma visiva oggetti e processiinaccessibile alla percezione diretta.

È impossibile formulare regole rigide per la costruzione di modelli, ma l'umanità ha accumulato una ricca esperienza nella modellazione di vari oggetti e processi.

Cos'è un modello?

Nella vita reale, questo termine ha molti significati:

Modello (FR. modella, esso. modello lo, lat. modulo - misura, modello) - questo :

qualche versione semplificata oggetto reale;

riproduzione di un oggetto in forma ridotta o ingrandita (disposizione);

diagramma, immagine o descrizione qualsiasi fenomeno o processo nella natura e nella società;

analogo fisico o informativo di un oggetto , il cui funzionamento, secondo determinati parametri, è assimilabile al funzionamento di un oggetto reale;

nuovo oggetto (reale, informativo o immaginario), diverso dall'originale, che ha proprietà essenziali ai fini della modellazione e, nell'ambito di tali scopi, sostituisce completamente l'oggetto originale.

I modelli visivi sono spesso utilizzati nel processo apprendimento. Ad esempio, in un corso di geografia, otteniamo le prime idee sul nostro pianeta Terra studiando il suo modello: un globo.

I modelli svolgono un ruolo estremamente importante nel disegno e la creazione di vari dispositivi tecnici, macchine e meccanismi, edifici, circuiti elettrici, ecc. Senza la creazione preliminare di un disegno, è impossibile realizzare anche una parte semplice, per non parlare di un meccanismo complesso.

Nel processo di progettazione di edifici e strutture, oltre ai disegni, vengono spesso realizzati modelli. Durante lo sviluppo degli aeromobili, il comportamento dei loro modelli nei flussi d'aria viene studiato in una galleria del vento.

Lo sviluppo della scienza è impossibile senza la creazione modelli teorici(teorie, leggi, ipotesi), riflettendo la struttura, le proprietà e il comportamento di oggetti reali. La creazione di nuovi modelli teorici a volte cambia radicalmente l'idea dell'umanità sul mondo circostante (il sistema eliocentrico del mondo copernicano, il modello dell'atomo di Rutherford-Bohr, il modello dell'Universo in espansione, il modello del genoma umano ).

Qualunque cosa creatività artisticaè in realtà il processo di creazione dei modelli. Ad esempio, tale genere letterario, come una favola, trasferisce le relazioni reali tra le persone nelle relazioni tra animali e crea effettivamente modelli di relazioni umane.

Cigno, luccio e cancro

Quando non c'è accordo tra compagni,
I loro affari non andranno bene,
E non ne uscirà nulla, solo farina.
Un giorno, cigno, cancro e luccio
Portati con i bagagli, l'hanno preso,
E insieme tutti e tre si imbrigliarono ad essa;
Stanno uscendo dalla loro pelle, ma il carrello non si muove ancora!
Il bagaglio gli sarebbe sembrato facile:
Sì, il Cigno irrompe tra le nuvole,
Il cancro torna indietro e Pike si getta in acqua.
Chi è da biasimare tra loro, chi ha ragione, non spetta a noi giudicare;
Sì, solo le cose sono ancora lì.

Che tipo di relazioni umane ha modellato Krylov spostando le relazioni tra le persone e gli animali?

Quasi nessuno opera letteraria può essere visto come un modello del reale vita umana. Dipinti, sculture, spettacoli teatrali, ecc. sono anche modelli che riflettono la realtà in una forma artistica.

I modelli possono servire non solo oggetti reali, ma anche “costruzioni astratte e ideali. I modelli matematici sono un tipico esempio. Come risultato delle attività di matematici, logici e filosofi coinvolti nello studio dei fondamenti della matematica, è stata creata la teoria dei modelli.

Probabilmente i primi modelli che hanno sostituito gli oggetti reali sono stati i segni linguistici. Sono sorti durante lo sviluppo dell'umanità e gradualmente si sono trasformati in una lingua parlata. Le prime pitture rupestri (petroglifi), che hanno 200mila anni, erano modelli grafici che raffiguravano scene quotidiane, animali e scene di caccia. La fase successiva nello sviluppo della modellazione può essere considerata l'emergere di sistemi numerici e segni numerici.

La modellazione è stata sviluppata da allora Grecia antica. Nei secoli V-III. AVANTI CRISTO e Tolomeo creò un modello geometrico del sistema solare e Ippocrate usò l'occhio di un toro per studiare la struttura dell'occhio umano (come modello fisico dell'occhio).

Lo scopo della simulazione

Considera alcuni esempi di modelli creati per scopi diversi:

· simulatore per l'addestramento al controllo di aeromobili;

· manichino per provare i vestiti;

· Piano del Cremlino di Mosca

· Tavolo Mendeleev.

Cerca di determinare per quale scopo è stato creato ciascuno dei modelli elencati e a chi può essere utile?

Come si può vedere dagli esempi, una persona crea modelli a oggetti che consentono di risolvere un'ampia varietà di compiti:

· creazione di oggetti con proprietà specificate;

· spiegazione fatti noti;

· ipotesi di costruzione;

· acquisire nuove conoscenze sugli oggetti oggetto di studio;

· previsione;

· gestione, ecc.

Diverse scienze esplorano oggetti e processi da diverse angolazioni e costruiscono diversi tipi di modelli. In fisica si studiano i processi di interazione e cambiamento degli oggetti, in chimica - loro Composizione chimica, in biologia, la struttura e il comportamento degli organismi viventi e così via.

Ogni oggetto ha un numero grande varie proprietà. Nessun modello può sostituire l'oggetto stesso. Ma quando risolviamo un problema specifico, quando siamo interessati a una certa proprietà dell'oggetto in studio, il modello si rivela utile, e talvolta l'unico strumento di ricerca.

Nel processo di costruzione di un modello, il principale, il più significativo per ricerca immobiliare in corso.

Per esempio: Nel processo di studio delle qualità aerodinamiche di un modello di aeromobile in galleria del vento, è importante che il modello abbia una somiglianza geometrica con l'originale, ma non importante, ad esempio, il suo colore.

Diverse scienze esplorano oggetti e processi da diverse angolazioni e costruiscono diversi tipi di modelli. In fisica si studiano i processi di interazione e cambiamento degli oggetti, in chimica - la loro composizione chimica, in biologia - la struttura e il comportamento degli organismi viventi e così via.

Prendiamo una persona come esempio: in diverse scienze, viene studiata nell'ambito di vari modelli. In termini di meccanica, può essere considerato come punto materiale, in chimica - come un oggetto costituito da varie sostanze chimiche, in biologia - come un sistema che tende all'autoconservazione.

Quindi, si può dire che lo scopo principale della modellazione- è lo studio e lo studio dell'oggetto o del fenomeno per il quale il modello è costruito.

virtù metodi di modellazione sono:

Versatilità;

Piccolo costo;

Minore durata nel tempo (ad esempio per modelli economici).

svantaggi sono:

Difficoltà nella costruzione di un modello adeguato;

raccolta di una grande quantità di informazioni affidabili.

Il termine "adeguatezza" (derivato dal latino adaequatus - "uguale, uguale") indica la corretta riproduzione nel modello delle connessioni e delle relazioni del mondo oggettivo. Questo termine caratterizza la qualità del modello creato.

L'affidabilità non è richiesta dal modello - in questo caso, non si otterrà un modello, ma si otterrà una copia. Il grado di conformità è determinato dagli obiettivi della modellazione. L'eccessiva somiglianza con l'originale è altrettanto inutile quanto l'insufficiente somiglianza.

Ad esempio, i giocattoli per bambini sono modelli di oggetti reali. Il livello di conformità dipende dall'età del bambino. I giocattoli per bambini piccoli di solito modellano solo la forma di un oggetto. Ad esempio, un modellino di auto per un bambino di tre o quattro anni è adeguato se ha carrozzeria, abitacolo, quattro ruote girevoli e mantiene le proporzioni di un'auto vera. Nei giocattoli più complessi si modella l'interazione tra gli elementi dell'oggetto originale: le portiere e il cofano si aprono, i comandi dello sterzo funzionano.

Adeguatezza dei modelli teorici alle leggi mondo reale testato attraverso la sperimentazione e la sperimentazione.

D'altra parte, oggetti diversi possono essere descritti dallo stesso modello. Quindi, in meccanica, vari corpi materiali (da un pianeta a un granello di sabbia) possono essere considerati punti materiali.

Compiti a casa - astratto

Argomento 1. La modellazione come metodo di conoscenza

Piano:

1. Modello, simulazione

2. Classificazione dei modelli. Modelli materiali e informativi

1.Modello, simulazione

Lo scrittore di fantascienza americano Ray Bradbury ha scritto il racconto "Thunder Came". Racconta di un'azienda che organizza viaggi di 60 milioni di anni nel passato. Tutti i visitatori del passato dovrebbero muoversi solo lungo un percorso appositamente predisposto, perché già un passo sconsiderato è in grado di spezzare la Storia successiva. Secondo uno dei dipendenti dell'azienda, è descritto come segue:

«Diciamo che abbiamo accidentalmente ucciso un topo qui. Ciò significa che non esisteranno tutti i futuri discendenti di questo topo... Distruggerai non uno, ma un milione di topi... Ma che dire delle volpi, per le quali questi topi dovevano nutrirsi? Se dieci topi non bastano, una volpe morirà. Dieci volpi in meno: un leone morirà di fame ... Ed ecco il risultato: dopo 59 milioni di anni, un uomo delle caverne, uno di una dozzina che abita il mondo intero, va a caccia di un cinghiale o di una tigre dai denti a sciabola. Ma schiacciando un topo, hai schiacciato tutte le tigri in questi luoghi. E l'uomo delle caverne sta morendo di fame... Questa è la morte di un miliardo di suoi discendenti. Forse Roma non apparirà sui suoi sette colli…”

Invano, uno degli eroi della storia lo pregò di riportarlo a 60 milioni di anni fa per far rivivere la farfalla che aveva schiacciato accidentalmente. Finì in una Storia completamente diversa e morì.

Questa, ovviamente, è solo una fantasia, una fiaba, una situazione modellata dall'autore, ma contiene un accenno a tutti noi di quanto dovremmo essere attenti nella nostra comunicazione con la natura. Quante volte le nostre decisioni si rivelano mal concepite: o all'improvviso decidiamo di distruggere tutti i lupi che presumibilmente fanno solo del male, oppure popolamo l'intera terraferma di conigli (è successo in Australia) e poi non sappiamo come sbarazzati di loro. Ogni volta voglio tornare a quel momento fatale e fare un passo più corretto, come ci sembra. Ma questo, ahimè, è impossibile: non esiste una macchina del tempo che ci porti nel passato.

Esiste, tuttavia, una "macchina del tempo" che consente di guardare al futuro, analizzare, simulare un processo, una situazione: questa è scienza.

Considera un esempio dalla vita. Nel 1870, l'Ammiragliato inglese lanciò una nuova corazzata, la Captain. La nave andò in mare e si capovolse. La nave è andata perduta, 523 persone sono state uccise.

Era del tutto inaspettato per tutti. Per tutti tranne una persona. Fu lo scienziato inglese W. Reid, che in precedenza aveva condotto una ricerca su un modello di armadillo e scoprì che la nave si sarebbe capovolta anche con una leggera onda. Ma i signori dell'Ammiragliato non credevano allo scienziato, che stava facendo alcuni esperimenti "frivoli" con il "giocattolo". E accadde l'impensabile.

Nella prima infanzia incontriamo vari modelli: una macchinina, un aeroplano o una barca erano i giocattoli preferiti da molti, così come un orsacchiotto o una bambola. I bambini spesso modellano (giocano con i cubi, un normale bastone sostituisce un cavallo, ecc.).

Nello sviluppo di un bambino, nel processo di apprendimento del mondo che lo circonda, tali giocattoli, che sono, in sostanza, modelli di oggetti reali, svolgono un ruolo importante. Nell'adolescenza, per molti, la passione per il modellismo aeronautico, il modellismo navale, la creazione artigianale di giocattoli che sembrano oggetti reali influenzano la scelta percorso di vita. I modelli e la modellazione sono stati utilizzati dall'umanità per molto tempo. In effetti, sono stati i modelli e le relazioni di modello che hanno portato all'emergere lingue parlate, scrittura, grafica. Le incisioni rupestri dei nostri antenati, poi dipinti e libri sono modelli, forme informative per trasferire la conoscenza del mondo circostante alle generazioni successive.

Proviamo a capire cos'è un modello.

Sembrerebbe che cosa c'è in comune tra una barchetta giocattolo e un disegno sullo schermo di un computer raffigurante una complessa astrazione matematica? Eppure c'è qualcosa in comune: in entrambi i casi abbiamo l'immagine di un oggetto reale, che è un “sostituto” di qualche originale, riproducendo l'originale con vari gradi di certezza o dettaglio. In altre parole: un modello è una rappresentazione di un oggetto in una forma diversa dalla forma della sua esistenza effettiva.

In quasi tutte le scienze della natura (vivente e non) e della società, la costruzione e l'uso di modelli è un potente strumento di conoscenza. Gli oggetti ei processi reali sono così sfaccettati e complessi che il modo migliore per studiarli è costruire un modello che rifletta solo alcuni aspetti della realtà e quindi incomparabilmente più semplice di questa realtà, ed esplorare prima questo modello. L'esperienza secolare nello sviluppo della scienza ha dimostrato in pratica la fecondità di questo approccio. Il modello è un assistente inestimabile e indiscutibile per ingegneri e scienziati.

Eccone alcuni esempi spiegare cos'è un modello

Architetto che si prepara a costruire costruzione tipo finora sconosciuto. Ma prima di erigerlo, lo costruisce cubo che costruisce sul tavolo, per vedere come sarà. Questo modello edilizio.

Per spiegare come funziona sistema circolatorio, docente dimostra manifesto del diagramma, su cui le frecce indicano la direzione del flusso sanguigno. Questo modello di funzionamento del sistema circolatorio.

Appeso al muro la pittura, raffigurante meleto in fiore. Questo modello di meleto.

Genere letterario come favola o parabolaè direttamente correlato al concetto di modello, poiché il significato di questo genere è trasferire le relazioni tra persone alle relazioni tra animali.

Proviamo a capire qual è il ruolo dei modelli negli esempi forniti.

Naturalmente, un architetto avrebbe potuto costruire un edificio senza una precedente sperimentazione con i cubi. Ma non è sicuro che l'edificio sembrerà abbastanza buono. Se si rivela brutto, per molti anni sarà un muto rimprovero al suo creatore. È meglio sperimentare con i cubi.

Naturalmente, il docente potrebbe utilizzare un atlante anatomico dettagliato per la dimostrazione. Ma non ha bisogno di un tale grado di dettaglio quando studia il sistema circolatorio. Inoltre, interferisce con lo studio, poiché non ti consente di concentrarti sulla cosa principale. È molto più efficiente usare un poster.

Naturalmente, camminando in un frutteto di mele profumato, puoi ottenere le impressioni emotive più ricche. Ma se viviamo nell'estremo nord e non abbiamo l'opportunità di vedere il frutteto di mele in fiore, possiamo guardare la foto e immaginare questo giardino.

In tutti gli esempi precedenti c'è un confronto di un oggetto con un altro che lo sostituisce: un edificio reale è un edificio fatto di cubi; sistema circolatorio - schema sul poster; meleto - un'immagine che lo raffigura.

Diamo quindi la seguente definizione del modello:

Modello - è un oggetto così materiale o rappresentato mentalmente che, nel processo di studio, si sostituisce all'oggetto originale, conservando alcune delle caratteristiche tipiche di questo originale che sono importanti per questo studio.

Oppure puoi dire in altre parole: modello - è una rappresentazione semplificata di un oggetto, processo o fenomeno reale.

Il modello consente di imparare a gestire correttamente un oggetto testando varie opzioni di controllo sul modello di questo oggetto. Sperimentare un oggetto reale per questo scopo è nella migliore delle ipotesi scomodo e, di regola, semplicemente dannoso o addirittura impossibile per una serie di motivi (lunga durata dell'esperimento nel tempo, rischio di portare l'oggetto in uno stato indesiderabile e irreversibile, ecc. .)

Quindi, concludiamo: Il modello è necessario per:

Comprendere come è organizzato un particolare oggetto: quali sono la sua struttura, le proprietà di base, le leggi di sviluppo e l'interazione con il mondo esterno;

Imparare a gestire un oggetto o processo e determinare i migliori metodi di gestione per determinati obiettivi e criteri (ottimizzazione);

Prevedere le conseguenze dirette e indirette dell'implementazione dei metodi e delle forme di impatto specificati sull'oggetto.

Nessun modello può sostituire il fenomeno stesso, ma quando si risolve un problema, quando si è interessati a una certa proprietà del processo o del fenomeno oggetto di studio, il modello si rivela utile, e talvolta l'unico strumento di ricerca, di conoscenza.

Modellazione chiamato sia il processo di costruzione di un modello che il processo di studio della struttura e delle proprietà dell'originale utilizzando il modello costruito.

La tecnologia di modellazione richiede che il ricercatore sia in grado di identificare problemi e impostare compiti, prevedere i risultati della ricerca, effettuare stime ragionevoli, evidenziare i fattori principali e secondari per la costruzione di modelli, scegliere analogie e formulazioni matematiche, risolvere problemi utilizzando sistemi informatici e analizzare esperimenti al computer.

Le capacità di modellazione sono molto importanti per una persona nelle sue attività quotidiane. Aiutano a pianificare ragionevolmente la routine quotidiana, studiare, lavorare, scegliere le opzioni migliori se c'è una scelta e risolvere con successo vari problemi della vita.

Materiale (soggetto, fisico) chiamata modellazione, in cui un oggetto reale viene confrontato con la sua copia ingrandita o ridotta, che consente la ricerca (di norma, in condizioni di laboratorio) con l'ausilio del successivo trasferimento delle proprietà dei processi e dei fenomeni studiati da un modello a un oggetto basato su la teoria della somiglianza

Esempi: in astronomia - un planetario, in architettura - modelli di edifici, nella costruzione di aerei - modelli di aerei.

È fondamentalmente diverso dalla modellazione dei materiali modellazione perfetta, su cui non si basa Materiale analogie di oggetti e modelli, ma sul ideale, premuroso.