Модели в смежных областях и науках кратко

Обновлено: 04.07.2024

Модель – это мысленно представляемая или материально реализованная система, которая, отображая или воспроизводя объект исследования, способна замещать его так, что ее изучение дает новую информацию о нем.

Замещаемый (моделируемый) объект называется оригиналом, замещающий (моделирующий) объект – моделью. Хорошо построенная модель, как правило, обладает удивительным свойством: ее изучение дает некоторые новые знания об объекте-оригинале. Процесс построения модели, т.е. замещение одного объекта другим с целью получения информации о важнейших свойствах объекта-оригинала с помощью объекта-модели называется моделированием.

Существуют разные классификации видов моделирования. В зависимости от характера изучаемых процессов в системе все виды моделирования могут быть разделены на детерминированные и стохастические, статические и динамические, дискретные, непрерывные и дискретно-непрерывные.

Детерминированное моделирование отображает детерминированные процессы, т.е. процессы, в которых предполагается отсутствие всяких случайных воздействий; стохастическое моделирование отображает вероятностные процессы и события. В этом случае анализируется ряд реализаций случайного процесса, и оцениваются средние характеристики. Статическое моделирование служит для описания поведения объекта в какой-либо момент времени, а динамическое моделирование отражает поведение объекта во времени. Дискретное моделирование служит для описания процессов, которые предполагаются дискретными, соответственно непрерывное моделирование позволяет отразить непрерывные процессы в системах, а дискретно-непрерывное моделирование используется при наличии как дискретных, так и непрерывных процессов.

В зависимости от формы представления объекта можно выделить реальное (материальное) и мысленное (идеальное) моделирование.

К реальному относится такой способ моделирования, при котором исследование ведется на основе модели, воспроизводящей основные геометрические, физические, динамические и функциональные характеристики изучаемого объекта. Его основными разновидностями являются натурное, физическое и кибернетическое моделирование.

Мысленное моделирование часто является единственным способом моделирования объектов, которые либо практически нереализуемы в заданном интервале времени, либо существуют вне условий, возможных для их физического создания. Мысленное моделирование может быть реализовано в виде наглядного, символического и математического.

При наглядном моделировании на основе представлений человека о реальных объектах создаются различные наглядные модели, отображающие явления и процессы, протекающие в объекте. Наглядное моделирование, в свою очередь, делится на гипотетическое, аналоговое моделирование, макетирование.

Если ввести условное обозначение отдельных понятий, то есть символы, а также определенные операции между ними, то можно реализовать символическое моделирование. Символическим называется моделирование, использующее в качестве моделей знаковые преобразования какого-либо вида: схемы, графики, чертежи, формулы и т.д., а также включающие совокупность законов, по которым можно оперировать с выбранными знаковыми образованиями и их элементами.

Символическое моделирование можно разделить на языковое и знаковое.

Классификация абстрактных моделей:

1. Вербальные (текстовые) модели. Эти модели используют последовательности предложений на формализованных диалектах естественного языка для описания той или иной области действительности (примерами такого рода моделей являются милицейский протокол, правила дорожного движения).

2. Математические модели – очень широкий класс знаковых моделей (основанных на формальных языках над конечными алфавитами), использующих те или иные математические методы. Например, математическая модель звезды будет представлять собой сложную систему уравнений, описывающих физические процессы, происходящие в недрах звезды. Другой математической моделью являются, например, математические соотношения, позволяющие рассчитать оптимальный (наилучший с экономической точки зрения) план работы какого-либо предприятия.

3. Информационные модели – класс знаковых моделей, описывающих информационные процессы (получение, передачу, обработку, хранение и использование информации) в системах самой разнообразной природы. Примерами таких моделей могут служить OSI – семиуровневая модель взаимодействия открытых систем в компьютерных сетях, или машина Тьюринга – универсальная алгоритмическая модель.

В прикладных науках различают следующие виды абстрактных моделей:

1) чисто аналитические математические модели, не использующие компьютерных средств;

2) информационные модели, имеющие приложения в информационных системах;

3) вербальные языковые модели;

4) компьютерные модели, которые могут использоваться для:

• численного математического моделирования;

• визуализации явлений и процессов (как для аналитических, так и для численных моделей);

• специализированных прикладных технологий, использующих компьютер (как правило, в режиме реального времени) в сочетании с измерительной аппаратурой, датчиками и т.п.

Рассмотреть интерактивные модели в сети Интернет:

Математическая модель:
Астрономическая модель:
Физическая модель:
Подведение итогов урока

Опрос: 1) Определение модели,

2) Виды моделей,

3) Примеры материальных и информационных моделей,

4) Образные и знаковые модели, примеры, 5) Визуализация и формализация моделей, 6) Необходимость моделей, 7) Способы построения моделей, 8) Примеры моделей, рассмотренных на уроке, 9) Модели в смежных областях и науках.

Модель (франц. modele, от лат. modulus мера, образец, норма) - это форма отображения определённого фрагмента действительности (предмета, явления, процесса, ситуации), который содержит существенные свойства моделируемого объекта и может быть представлен в абстрактной (мысленной или знаковой) или материальной (предметной) форме.

Моделирование – метод теоретического познания, состоящий в исследовании каких-либо явлений, процессов или систем путем построения и изучения их моделей; использование моделей для определения поведения и характеристик реальных систем.

Теоретическая модель - это универсальное средство научного познания, которое служит для воспроизведения и закрепления в знаковой форме строение, свойства и поведение реальных объектов.

Материальная модель - это материальные копии объектов моделирования. Воспроизводит свойства объектов в материальной форме

Математическая модель – модели, построенные с использованием математических понятий и инструментария (формул, графиков, систем уравнений и т.д.)

Основная и дополнительная литература по теме урока (точные библиографические данные с указанием страниц):

Естествознание. 10 класс [Текст]: учебник для общеобразоват. организаций: базовый уровень / И.Ю. Алексашина, К.В. Галактионов, И.С. Дмитриев, А.В. Ляпцев и др. / под ред. И.Ю. Алексашиной. – 3-е изд., испр. – М.: Просвещение, 2017. с 30- 32.
Н. Паленко Физика гравитации и структура атомного ядра. Просто о сложном. – СПб.: Издательство Питер, 2012 – с. 70-79.
Ю. Б. Сениченков Моделирование систем. Динамические и гибридные системы. Учебное пособие. – СПб.: БХВ-Петербург, 2012 – с.9-14, с.31-35.
Д. А. Чарнцев Компьютерное моделирование процессов физики газа для школьников. - СПб.: СУПЕР Издательство,2016 – с. 5-7, с. 13-19.

Открытые электронные ресурсы по теме урока :

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Модели могут быть реальными (материальными), например, модели самолетов, макеты зданий, фотографии, протезы, куклы и т.п., а также теоретическими (идеальными или абстрактными), создаваемые средствами языка (как естественного человеческого языка, так и специальных языков, например, языком математики. В этом случае мы имеем математическую модель, которая описывает взаимосвязи в изучаемой системе).

Выделяют три функции моделирования:

Одним из теоретических методов исследования природы является моделирование . Слово "модель" иностранного происхождения и имеет много различных значений. Наиболее распространено представление о материальных

моделях технических устройств, агрегатов, механизмов (например, модель самолета или модель автомобиля). Сейчас слово "модель" широко употребляют в качестве еще одного значения - образец (например, топ-модель). Понятие "моделирование" также получило более широкое толкование - искусство создания чего-либо (например, моделирование одежды, моделирование взаимоотношений между людьми). Что же такое моделирование в науке?

Под моделью в науке понимают как некоторую материальную конструкцию (материальная модель) , так и теоретическое (словесное и математическое) описание какого - либо процесса или явления (теоретическая модель) . Во всех случаях модель должна быть похожа на естественный объект, процесс или явление . Это означает, что модель должна обладать основными свойствами, характерными качественными особенностями того, что моделируется. Приведем конкретный пример. В 70-е гг. ХХ в. возникла идея построения сооружений, защищающих Ленинград (Санкт-Петербург) от наводнений. Комплекс сооружений (дамба) должен был перекрывать путь воде, идущей из Финского залива во время наводнения, и в то же время не препятствовать прохождению судов в город. Возник вопрос об экологичности проекта. Построенное сооружение должно было повлиять на естественное течение воды в Финском заливе: в ней могли обра зоваться застойные зоны -искусственные болота, аккумулирующие грязь, идущую с водами Невы. Была построена материальная модель части акватории Финского залива. Занимая значительную площадь, эта модель была точной уменьшенной копией акватории и позволяла исследовать характер течений, который имел бы место при строительстве дамбы. При этом строительство модели было несоизмеримо дешевле строительства (и тем более перестройки) реального

Понятие материальной модели не вызывает вопросов - модель автомобиля действительно отражает конструкцию автомобиля, но почему любое теоретическое описание мы также называем моделью? Разве это описание не основано на законах природы, которые вы изучали на уроках физики, химии, биологии, законах , которым подчиняются все объекты природы? В конце XVI в. астрономом И. Кеплером были сформулированы законы, описывающие движения планет Солнечной системы. Эти законы был и установлены эмпирически, т.е. на основании наблюдения за движением планет. Недостатком эмпирических законов является то, что они не объясняют причину явления, а

Однако, чтобы получить из законов Ньютона кеплеровские законы, необходимо выделить наиболее существенные особенности движения планет и отбросить второстепенные. Подобное моделирование, когда на основе известных законов путем не которых обоснованных допущений и приближений формулируется достаточно просто решаемая задача, очень часто используют в науке. При

необходимости можно попробовать уточнить модель, учтя те факторы, которыми вначале пренебрегали. Развитие науки показывает, что кажды й естественно-научный закон имеет

границы своего применения. Например, законы Ньютона оказываются неприменимы при исследовании процессов микромира. Для описания этих процессов сформулированы законы квантовой теории . С точки зрения моделирования это означает, что законы Ньютона являются некоторой моделью, которая следует при определенных приближениях из более общей теории. Однако и законы квантовой теории не абсолютны и имеют свои ограничения в применимости. Уже сформулированы более общие законы и получены более общие уравнения, которые, в свою очередь, также имеют ограничения. И цепочке этой не видно конца. Пока еще не получены какие-либо абсолютные законы, описывающие все в природе, из которых можно было бы

вывести все частные законы. И неясно, можно ли такие законы сформулировать. Но это означает, что любой из естественно-научных законов фактически является некоторой моделью. Что такое математическое моделирование? Под математической моделью понимают систему уравнений, описывающих исследуемые процессы или явления. Фактически любая модель в физике является математической, поэтому понятие "математическая модель" в физике, как правило, не употребляют. В других науках существуют качественные теоретические модели, не содержащие математических уравнений. Примерам служит теория Ч. Дарвина

в биологии, которая является качественной теоретической моделью сложного процесса эволюции живой природы.

моделирование". Фактически это то же математическое моделирование, дополненное мощными вычислительными средствами, а также возможностью визуализации и интерактивного управления процессами. Примерами такого моделирования являются динамические компьютерные игры, различные эффекты в фантастических фильмах. Подобное моделирование применяют и для исследования различных природных процессов. Но одних лишь знаний и умений недостаточно для успешного построения моделей еще не исследованных явлений. Фактически при таком моделировании происходит создание новой теории рассматриваемого явления, что является творческим процессом. Как и в любом творческом процессе, при этом необходимо нечто выходящее за рамки науки- интуиция, вдохновение, чувство красоты теории. В этом смысле процесс моделирования в науке схож с другими творческими процессами, например с деятельностью художника, композитора, писателя.

Читайте также: