Моделирование как способ познания

Моделирование – это:

Ÿ построение моделей реально существующих объектов (предметов, явлений, процессов);

Ÿ замена реального объекта его подходящей копией – имитация;

Ÿ исследование объектов познания на их моделях.

Моделирование является неотъемлемым элементом любой целенаправленной деятельности.

Моделирование — это метод познания, состоящий в создании и исследовании моделей.

Общую схему моделирования можно представить следующим образом:

Человека (субъекта моделирования) в процессе моделирования могут интересовать три аспекта:

Ÿ внешний вид объекта моделирования;

Ÿ структура объекта моделирования;

Ÿ поведение объекта моделирования;

Ÿ их всевозможные комбинации.

Каждый аспект моделирования характеризуется совокупностью свойств.

1. Описание внешнего вида объекта сводится к перечислению его признаков. В языке эти признаки чаще всего выражаются прилагательными: красивый, желтый, круглый, длинный и т.п.

Моделирование внешнего вида необходимо для:

Ÿ моделирование внешнего вида необходимо для:

Ÿ идентификации (узнавания) объекта (например, фоторобот преступника);

Ÿ долговременного хранения (фотография, портрет).

2. Описание структуры объекта обычно сводится к перечислению составных элементов объекта и указанию связей между ними. В языке эти элементы часто выражаются именами существительными: электрон, протон, нейтрон, сила притяжения, энергетический уровень и т.п.

Моделирование структуры объекта необходимо для:

Ÿ ее наглядного представления;

Ÿ изучения свойств объекта;

Ÿ выявления значимых связей;

Ÿ изучения стабильности объекта и пр.

3. Описание поведения объекта сводится к описанию его внешнего вида и структуры с течением времени в результате взаимодействия с другими объектами. В языке поведение объекта, как правило, выражается глаголами: сохраняется, развивается, преломляется, испаряется, превращается и т.д.

Моделирование поведения объекта необходимо для:

Ÿ прогнозирования;

Ÿ установления связей с другими объектами;

Ÿ управления;

Ÿ конструирования технических устройств и пр.

Цель моделирования возникает, когда субъект моделирования решает стоящую перед ним задачу, и зависит как от решаемой задачи. Так и от субъекта моделирования. То есть цель моделирования имеет двойственную природу: с одной стороны, она объективна, т.к. вытекает из задачи исследования, а с другой – субъективна, поскольку зависит от субъекта моделирования (его опыта, интересов, мотивов деятельности и т.д.).

Для одного объекта один субъект может построить несколько моделей, если он решает разные задачи, приводящие к разным целям моделирования.

Для одного объекта разные субъекты могут построить разные модели, даже если задача моделирования у них одна.

Разные объекты могут иметь одинаковые по виду модели, даже если их строили разные субъекты исходя из разных целей моделирования.

Классификация моделей

Все модели можно разбить на два больших класса: материальные (предметные, натурные) и информационные.

Рис. 4.3.1. Классификация моделей по способу представления

Материальные модели воспроизводят геометрические и физические свойства оригинала и всегда имеют реальное воплощение.

Самые простой пример материальных моделей – детские игрушки. По ним ребенок получает первое представление об окружающем мире. Двухлетний малыш играет с плюшевым медвежонком. Когда, спустя годы, ребенок увидит в зоопарке настоящего медведя, он без труда узнает его.

Материальные модели – это глобус, анатомические муляжи, модели кристаллических решеток, макеты зданий и сооружений, исторические и географические карты, радиоуправляемые модели.

Подобные модели реализуют материальный подход к изучению объекта, явления или процесса.

Информационные модели нельзя потрогать или увидеть воочию, они не имеют материального воплощения, потому что они строятся только на информации.

Информационные модели представляют собой объекты, процессы и явления в образной или знаковой форме.

Образные информационные модели (рисунки, фотографии, схемы, чертежи, графики) представляют собой зрительные образы объектов, зафиксированные на каком-либо носителе информации) бумаге. фото- и кинопленке и Т.Д.). Образные информационные модели широко используются в образовании (вспомните учебные плакаты по различным предметам) и науке, где требуется классификация объектов по их внешним признакам (в ботанике, биологии, палеонтологии и др.).

Знаковая модель – информационная модель, выраженная специальными знаками, т. е. средствами любого формального языка. Знаковая информационная модель может быть представлена в виде текста (например, программа на языке программирования), формулы (например, второго закона Ньютона: F=ma), таблицы (например, периодической таблицы элементов Д.И. Менделеева) и т.д.

Иногда выделяют еще и вербальные модели. Вербальная модель – информационная модель в мысленной или разговорной форме. Она может так и остаться мысленной или быть выражена словесно. Примером такой модели может стать наше поведение при переходе улицы. Человек анализирует ситуацию на дороге (что показывает светофор, как далеко находятся машины, с какой скоростью они движутся и т. п.) и вырабатывает свою модель поведения. Если ситуация смоделирована правильно, то переход будет безопасным, если нет, то может произойти авария. К таким моделям можно отнести и идею, возникшую у изобретателя, и музыкальную тему, промелькнувшую в голове композитора, и рифму, прозвучавшую пока еще в сознании поэта.

Вербальные и знаковые модели, как правило, взаимосвязаны. Мысленный образ, родившийся в мозгу человека, может быть облечен в знаковую форму. И наоборот, знаковая модель помогает сформировать в сознании верный мысленный образ. Согласно легенде, яблоко, упавшее на голову Ньютону, вызвало в его сознании мысль о земном притяжении. И только впоследствии эта мысль оформилась в закон, т. е. обрела знаковую форму.

Первые информационные модели создавались в форме наскальных рисунков, в настоящее же время информационные модели обычно строятся и исследуются с использованием современных компьютерных технологий.

По способу реализации информационные знаковые модели делятся на компьютерные и некомпьютерные.

Компьютерная модель – это модель, реализованная средствами программной среды.

Имея дело с компьютером как с инструментом, нужно помнить, что он работает с информацией. Поэтому следует исходить из того, какую информацию и в каком виде может воспринимать и обрабатывать компьютер. Современный компьютер способен работать со звуком, видеоизображением, анимацией, текстом, схемами, таблицами и т. д. Но для использования всего многообразия информации необходимо как техническое (Hardware), так и программное (Software) обеспечение. И то и другое – инструменты компьютерного моделирования. Например, для работы со звуком нужна специальная плата в компьютере, звуковая карта (Sound Blaster) и специализированное программное обеспечение. Для композитора это, к примеру, профессиональный музыкальный редактор, который позволяет не только набрать нотный текст и распечатать его, но и сделать аранжировку произведения. Расписав ноты для разных инструментов, композитор может прослушивать их звуковые модели отдельно и в ансамбле. Цифровое звучание компьютерных моделей почти не отличается от тембра реальных инструментов.

Рассмотрим другой пример. Инструментом для создания геометрической модели, передающей внешний облик прототипа, могут быть программы, работающие с графикой, например графический редактор. С его помощью возможно моделировать как плоское, так и объемное изображение, управляя графическими объектами.

Сейчас имеется широкий круг программ, позволяющих создавать различные виды компьютерных знаковых моделей: текстовые процессоры, редакторы формул, электронные таблицы, системы управления базами данных, профессиональные системы проектирования, а также различные среды программирования.