Модели объектов, процессов и явлений
Какие только явления не скрываются за словом модель:
· демонстрационный образец на стенде выставки,
· макет моста через реку,
· известная формула земного притяжения Р = тgН,
· теория развития общества,
· расчеты климатических последствий образования «озоновых дыр»...
Как совмещаются в одном слове такие разные понятия?
Оказывается, все многообразие моделей отличает нечто общее, а именно — моделью может стать искусственносозданный человеком абстрактный или материальный объект, явление, процесс.
Анализ модели и наблюдение за ней позволяют познать суть реальносуществующего более сложного объекта, процесса или явления, называемого прототипом, или оригиналом. Значит, можно дать более простое определение и модели, и процесса моделирования.
| Модель – это объект, процесс или явление, заменяющий собой оригинал (прототип), т.е. другой объект процесс, или явление. |
| Модель обладает определенными свойствами оригинала и обычно используется для изучения этих свойств оригинала (прототипа). |
| Природа и форма представления модели выбираются исходя из: 1) возможности адекватного воспроизведения исследуемых свойств оригинала и 2) наличия необходимого инструментария для проведения исследования на модели. |
Одним из важнейших свойств модели является ее адекватность моделируемому объекту, процессу или явлению.
Адекватность модели оценивается двумя параметрами.
1) Согласованность с практикой. Если созданная модель дает удовлетворительные результаты при решении жизненных задач, то говорят, что модель адекватна рассматриваемому объекту, процессу или явлению. (Удовлетворительные – значит, близкие к тем, которые могут иметь место в реальных процессах, для реальных объектов и явлений).
2) Согласованность с теорией. Модель должна быть согласована не только с практикой, но и с теорией.
Искусство построения моделей как раз и заключается в том, чтобы, не переусложнив модель, учесть в ней все существенное и отбросить второстепенное, добившись адекватности исходному объекту.
Поскольку в модели всегда отражена лишь часть бесконечного разнообразия информации об объекте, процессе или явлении, то область адекватности (применимости) модели всегда ограничена, хотя может быть очень широкой.
Всякая модель имеет ограниченную область адекватности, и за пределами этой области она перестает удовлетворительно отражать свойства моделируемого объекта.
Поэтому и применить модель для решения той или иной задачи допустимо только тогда, когда не произошел выход за границы области адекватности.
Как же проверить, что выбранная модель применима?
Прежде всего, надо убедиться, что все факторы, существенные для данной задачи, присутствуют в модели. Затем надо проверить, что в исходных данных задачи значения параметров, описывающих действие факторов, не выходящих за границы адекватности модели.
Моделирование — построение и использование моделей для исследования и изучения объектов, процессов, явлений.
Может возникнуть вопрос, почему бы не исследовать сам оригинал, зачем создавать его модель?
Во-первых, в реальном времени оригинал (прототип) может уже не существовать или его нет в действительности. Для моделирования время не помеха. На основании известных фактов методом гипотез и аналогий можно построить модель событий далекого прошлого.
Так, к примеру, родились теории вымирания динозавров или гибели Атлантиды. С помощью такого же метода можно заглянуть в будущее. Так, ученые-физики построили теоретическую модель «ядерной зимы», которая начнется на нашей планете в случае атомной войны. Такая модель — предостережение человечеству.
Во-вторых, оригинал может иметь много свойств и взаимосвязей. Чтобы глубоко изучить какое-то конкретное, интересующее нас свойство, иногда полезно отказаться от менее существенных, вовсе не учитывая их.
Цели моделирования:
· Изучение, как устроен объект (как протекает процесс, происходит явление), какова его структура, каковы его свойства, законы развития и функционирования, каково его взаимодействие с окружающим миром (понятийная модель).
· Определение наилучших способов управления объектом или процессом (управленческая модель).
· Прогнозирование прямых и косвенных последствий функционирования или развития объекта, процесса или явления (прогностические модели).
· Организация процесса обучения и самообучения.
Что будет, если? Как сделать, чтобы?
Что же поддается моделированию? Это может быть объект, явление или процесс. Различают модели объектов, явлений, процессов.
1. Моделями объектовмогут быть:
· уменьшенные копии архитектурных сооружений либо художественных произведений, а также наглядные пособия на кафедрах и т. д.;
· модель может отражать нечто реально существующее, скажем, атом водорода, Солнечную систему, структуру парламентской власти в стране, грозовой разряд;
· но нередко под моделью понимают абстрактное обобщение реально существующих объектов;
Модель, демонстрирующая одежду, представляет не какого-то реального человека с его личными особенностями и недостатками, а некий обобщенный идеальный образ, стандарт.
2. Для изучения явлений живой природы, для предотвращения катастрофы, для применения природных сил на благо человечества создаются модели явлений.
Академик Георг Рихман, сподвижник и друг великого Ломоносова, еще в начале XVIII века моделировал магнитные и электрические силы, чтобы изучать их и найти им в дальнейшем применение.
Когда речь идет о природных явлениях, часто мы имеем в виду не какой-то конкретный природный случай (селевой поток или землетрясение), а некоторое его обобщение.
В этих примерах прототипом модели выступает целый класс объектов или явлений с общими свойствами. В моделях объектов или явлений отражаются свойства оригинала — его характеристики, параметры.
Можно также создавать модели процессов, т. е. моделировать действия над материальными объектами: ход, последовательную смену состояний, стадий развития одного объекта или их системы.
Примеры тому общеизвестны: это модели экономических или экологических процессов, развития Вселенной или общества и т. п.
Любым действиям человека, будь то разрешение конкретной житейской проблемы или выполнение какой бы то ни было работы, предшествует возникновение в его сознании модели будущего поведения (это модель процесса).
Собираетесь ли вы решать задачу или строить дом, переходите дорогу или отправляетесь в поход, — вы непременно сначала представляете себе все это в уме. Это главное отличие человека мыслящего от всех других живых существ на земле.
Модель может быть наглядной, образной — письменный план, набросок, чертеж или схема. Почти всегда такая модель возникает в нашем сознании до появления прототипа (оригинала), который она представляет.
Для одного и того же объекта (процесса, явления) может быть создано бесчисленное множество моделей. От чего это зависит? В первую очередь, вид моделиопределяется поставленной целью исследования. Немаловажную роль играют при создании модели средства и методы, с помощью которых осуществляется сбор информацию о прототипе.
Рассмотрим пример. Предположим, что вы в скором времени поедете в другой город на экскурсию. Вы — человек основательный и поэтому предварительно, используя разные источники, знакомитесь с его достопримечательностями и создаете собственную модель этого города. Ваша цель — знакомство с другой средой (городом). После экскурсии составленная ранее модель, возможно, будет существенно изменена, т. к. вы получили дополнительную информацию. Модель этого города для его главного архитектора будет существенно отличаться от вашей, т. к. он руководствуется иной целью — реконструкцией и строительством зданий.
Модель этого города для его жителя тоже будет отличной от всех предыдущих, т. к. его цель — обеспечение нормальной жизнедеятельности.
Можно без преувеличения сказать, что все образование – это изучение тех илииных моделей, а также приемов их использования.
Так, например, в курсе физики рассматривается множество разнообразных формул, выражающих зависимости между физическими величинами. Эти формулы представляют собой не что иное, как математические модели изучаемых объектов, процессов или явлений.