Понятие модели.
Модель — аналог, прототип, шаблон, образец, используемый вместо оригинала для решения задач (получения ответов на вопросы). Модель строится на основании ограниченного множества известных нам данных (свойств, поведений) об оригинале. Построение моделей и использование моделей (решение на них задач) производится с целью:
· получения неизвестных ранее данных, предсказания новых свойств и будущих поведений,
· извлечения пользы при реализации решений,
· систематизации (обобщения) известных данных.
Моделирование – способ, процесс замещения оригинала его аналогом (моделью) с последующим изучением свойств и поведения оригинала на модели.
Процесс моделирования состоит из:
· формализации (проектирование и настройка модели, систем моделей и моделей систем),
· собственно моделирования (постановка различных задач и решение их на модели),
· интерпретации результатов моделирования, комплексирования с уже имеющимися реальными системами.
У вас может возникнуть вопрос: почему бы не исследовать сам оригинал, а не строить его модель? Назовем несколько причин, по которым прибегают к построению моделей. Пояснение: попросите детей привести примеры указанных оригиналов.
1. В реальном времени оригинал может уже не существовать или его нет в действительности. Пример: теория вымирания динозавров, теория гибели Атлантиды, модель «ядерной зимы»
2. оригинал может иметь много свойств и взаимосвязей. Чтобы глубоко изучить какое то конкретное свойство, иногда полезно отказаться от менее существенных, вовсе не учитывая их.
Примеры: карта местности, модели живых организмов
3. Оригинал либо очень велик, либо очень мал. Примеры; глобус, модель Солнечной системы, модель атома
4. Процесс протекает очень быстро или очень медленно. Примеры: модель двигателя внутреннего сгорания, геологические модели
5. Исследование объекта может привести к его разрушению. Примеры: модель самолета и автомобиля
Модель вместо исходного объекта используется в случаях, когда эксперимент опасен, дорог, происходит в неудобном масштабе пространства и времени (долговременен, слишком кратковременен, протяжен…), невозможен, неповторим, ненагляден и т. д. Проиллюстрируем это:
· «эксперимент опасен» — при деятельности в агрессивной среде вместо человека лучше использовать его макет; примером может служить луноход;
· «дорог» — прежде чем использовать идею в реальной экономике страны, лучше опробовать её на математической или имитационной модели экономики, просчитав на ней все «за» и «против» и получив представление о возможных последствиях;
· «долговременен» — изучить коррозию — процесс, происходящий десятилетия, — выгоднее и быстрее на модели;
· «кратковременен» — изучать детали протекания процесса обработки металлов взрывом лучше на модели, поскольку такой процесс скоротечен во времени;
· «протяжен в пространстве» — для изучения космогонических процессов удобны математические модели, поскольку реальные полёты к звёздам (пока) невозможны;
· «микроскопичен» — для изучения взаимодействия атомов удобно воспользоваться их моделью;
· «невозможен» — часто человек имеет дело с ситуацией, когда объекта нет, он ещё только проектируется. При проектировании важно не только представить себе будущий объект, но и испытать его виртуальный аналог до того, как дефекты проектирования проявятся в оригинале.
· «неповторим» — это достаточно редкий случай, когда эксперимент повторить нельзя; в такой ситуации модель — единственный способ изучения таких явлений. Пример — исторические процессы, — ведь повернуть историю вспять невозможно;
· «ненагляден» — модель позволяет заглянуть в детали процесса, в его промежуточные стадии; при построении модели исследователь как бы вынужден описать причинно-следственные связи, позволяющие понять все в единстве, системе. Построение модели дисциплинирует.
Классификация моделей. Материальные и информационные модели
Классификацию моделей можно проводить в соответствии с различными их признаками.
1. По области использования:
• учебные — наглядные пособия, обучающие программы, различные тренажеры;
• опытные — модель корабля (испытывается в бассейне для определения устойчивости судна при качке);
• научно-технические — ускоритель электронов; прибор, имитирующий разряд молнии; стенд для проверки телевизора;
• игровые — военные, экономические, спортивные, деловые и другие игры;
• имитационные — эксперимент или многократно повторяется для изучения и оценки влияния каких-либо действий на реальную обстановку, или проводится одновременно со многими объектами, похожими, но поставленными в разные условия.