Моделирование в научном исследовании кратко

Обновлено: 30.06.2024

Моделирование (лат. modulus – мера, образец) – исследование каких-либо явлений, процессов или систем объектов путем построения и изучения их моделей, использование моделей для определения и уточнения характеристик и рационализации построения вновь конструируемых объектов. В научных исследованиях моделирование стало применяться ещё в глубокой древности и постепенно захватывало все новые области научных знаний: техническое конструирование, строительство и архитектуру, физику химию, биологию, экологию, общественные науки. Методология моделирования долгое время развивалась независимо отдельными науками. Отсутствовала единая система понятий и терминология. Лишь в последнее время постепенно стала осознаваться роль моделирования как универсального метода научного познания.

Метод моделирования – универсальный метод. Он применяется в научных исследованиях практически во всех науках. Метод моделирования в геоэкологии – метод исследования строения, функционирования, динамики и развития геокомпонентов и геоэкосистем, процессов и взаимосвязей внутри них и между ними с помощью модели. Под моделью понимается образ (копия) реально существующих объектов, процессов и явлений. Она всегда создается на основе сходства с объектом-аналогом. Модель – это некий новый объект, который отражает главные черты и существенные особенности изучаемого объекта, явления или процесса. Можно сказать модель – это упрощенное представление о реальном объекте, процессе или явлении. Никакая модель не может заменить сам объект исследования.

Модель выступает в качестве своеобразного инструмента познания, который исследователь ставит между собой и объектом и с помощью которого изучает интересующий его объект. Необходимость использования метода моделирования определяется тем, что многие объекты (или проблемы, относящиеся к этим объектам) непосредственно исследовать или вовсе невозможно или же это исследование требует много времени и средств.

Таким образом, модель необходима для того чтобы:

1. Понять, как устроен конкретный объект – каковы его структура, основные свойства, законы развития и взаимодействия с окружающим миром;

2. Научиться управлять объектом или процессом и определять наилучшие способы управления при заданных целях и критериях (оптимизация);

3. Прогнозировать прямые и косвенные последствия реализации заданных способов и форм воздействий на объект;

4. Никакая модель не может заменить само явление, но при решении задачи, когда нас интересуют определенное свойство исследуемого процесса или явления, модель оказывается полезной, а подчас и единственным инструментом исследования, познания.

Процесс построения модели называется моделированием. Основные задачи моделирования: а) облегчить процесс познания; б) сделать познание менее трудоемким; в) сделать объект познания более наглядным и доступным.

Технология моделирования требует от исследователя умения ставить проблемы и задачи, прогнозировать результаты исследования, проводить разумные оценки, выделять главные и второстепенные факторы для построения моделей, выбирать аналогии и математические формулировки, решать задачи с использованием компьютерных систем, проводить анализ компьютерных экспериментов.

Навыки моделирования очень важны человеку в жизни. Они помогут разумно планировать свой распорядок дня, учебу, труб, выбирать оптимальные варианты при наличии выбора, разрешать удачно жизненные ситуации.

Выделяют несколько видов моделирования:

– материальное (физическое) моделирование – моделирование, при котором реальному объекту противопоставляется его увеличенная или уменьшенная копия, допускающая исследование (как правило, в лабораторных условиях) с помощью перенесения свойств изучаемых процессов и явлений с модели на объект на основе теории подобия;

– идеальное моделирование – основано не на материальной аналогии объекта и модели, а на аналогии идеальной, мысленной;

– знаковое моделирование – моделирование, использующее в качестве моделей знаковые преобразования какого-либо вида: схемы, графики, чертежи, формулы, наборы символов;

– математическое моделирование – моделирование при котором исследование объекта осуществляется посредством модели, сформулированной на языке математики.

Процесс моделирования включает три элемента:

1. Субъект (исследователь);

2. Объект исследования;

3. Модель, опосредствующую отношения познающего субъекта и познаваемого объекта.

Этапы моделирования

Процесс моделирования состоит из нескольких этапов:

объект исследования – модель – изучение модели – знания об объекте.

На третьем этапе осуществляется перенос знаний с модели на оригинал. Этот процесс переноса знаний проводится по определенным правилам. Знания о модели должны быть скорректированы с учетом тех свойств объекта-оригинала, которые не нашли отражения или были изменены при построении модели. Мы можем с достаточным основанием переносить какой-либо результат с модели на оригинал, если этот результат необходимо связан с признаками сходства оригинала и модели. Если же определенный результат модельного исследования связан с отличием модели от оригинала, то этот результат переносить неправомерно.

Четвертый этап – проверка полученных с помощью моделей знаний и их использование для построения обобщающей теории объекта, его преобразования или управления им.

Таким образом, модель необходима для того чтобы:

3. Прогнозировать прямые и косвенные последствия реализации заданных способов и форм воздействий на объект;

Выделяют несколько видов моделирования:

Процесс моделирования включает три элемента:

1. Субъект (исследователь);

2. Объект исследования;

3. Модель, опосредствующую отношения познающего субъекта и познаваемого объекта.

Этапы моделирования

Процесс моделирования состоит из нескольких этапов:

объект исследования – модель – изучение модели – знания об объекте.

Моделирование – это метод, применяемый для изучения разного рода процессов и явлений, разработки вариаций принятия управленческих решений.

Моделирование осуществляется на основе построения моделей, которые являются заменителями реальных объектов, процессов и явлений. Методика предполагает описание структурного устройства, изучаемого объекта, его свойств и параметров, процесса его функционирования во времени и пространстве, а также характеристики особенностей развития.

Построение моделей позволяет воспроизвести связи, характеристики, особенности функционирования, тенденции и динамику развития, исследуемых объектов, систем, явлений и процессов, проанализировать их текущее состояние, спланировать и составить прогноз последующего развития и принять рациональное решение, обосновать его и эффективно воплотить на практике.

Методика моделирования хороша тем, что она обеспечивает системный и целостный подход к исследованию, что положительно сказывается на разработке методов целостного управленческого воздействия, позволяет получить новые знания и усовершенствовать параметры, исследуемых объектов или процессов.

В процессе моделирования предполагается создание образцов, как внешнего строения объектов, например, каких-то предметов познания, так и их функциональной роли или логического назначения.

Моделирование осуществляется в двух основных формах:

Предметное моделирование – разработка образцов, отождествляющих пространственно-временные, функциональные, структурные и иные параметры исследуемого объекта. При такой форме моделирования создаются именно научные образцы.
Знаковое моделирование - демонстрация характеристик и признаков объекта, посредством применения символов, черчения графиков, построения схем. В этой форме создаются логические модели, наделенные математическими свойствами.

Рисунок 1. Моделирование. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Готовые работы на аналогичную тему

Как и любой процесс, включенный в систему образования, моделирование начинается с постановки цели разработки модели. Она определяет дальнейшее содержание моделирования, выбор форм, методов и средств организации данного процесса. Структура модели, ее составные компоненты определяются целевым назначением той или иной модели.

Целевым назначением моделирования может быть:

Проведение анализа и оценки реальных параметров, создаваемого проекта или существующей системы и выявление соответствия структуры модели действительным требованиям;
Выявление параметров исследуемой системы или их усовершенствование;
Определение способов рационального построения того или иного процесса, его грамотной и продуктивной организации;
Проведение сравнительной характеристики противостоящих друг другу систем, имеющих идентичное функциональное назначение;
Составление прогноза функционирования системы или объекта, исходя из предполагаемых условий, в которых будет протекать процесс;
Проведение мониторинга восприимчивости факторов, оказывающих определенное воздействие на систему. При этом, важно выявить те факторы, которые оказывают на поведение системы большее воздействие и характеризуют ее продуктивность деятельности;
Проведение оптимизации воздействующих на систему факторов, чтобы выявить оптимальные параметры ее эффективного функционирования.

Для одного и того же объекта изучения может быть построено несколько моделей. Это объясняется тем, что в одной модели оптимально можно воплотить лишь определенные свойства или их группу, которые являются наиболее важными для данного объекта или процесса.

Классификация моделей, применяемых в педагогике

Модели научного исследования могут быть классифицированы по различным основаниям. Если модель выбирается, исходя из ее целевого назначения, то она может быть:

Моделью-заменителем –заменять натуральный объект для удобства изучения;
Моделью-представлением – давать общее представление об устройстве и параметрах исследуемого объекта;
Моделью-интерпретацией – давать толкование объекта в виде его модели;
Моделью-исследованием – изучение процесса или объекта, посредством применения модели.

Существует и иная классификация моделей, определяющая их целевое назначение:

Понятийная модель – содержащая комплекс знаний об исследуемом объекте в виде утверждений, положений;
Образная модель – отождествляет стороны, элементы, взаимосвязи объектов в разнообразных формах;
Математическая модель – характеризует внутренние и внешние процессы объекта в формульном представлении;
Физическая модель – отображает пространственные представления о структуре и функциях объекта.

В педагогике особенно актуальным является применение двух видов моделей:

Статические модели – дают представление об объекте в определенный временной период.
Динамические модели – демонстрируют изменение состояния объекта, обусловленные временными преобразованиями. Такая модель может выступать отражением стадий развития того или процесса или объекта.

Функциональное назначение моделирования

Процесс моделирования выполняет следующие основные функции:

Дескриптивная функция – создание образцов, идентичных реальным процессам, системам и явлениям дает представление о мироустройстве в более полном виде и позволяет объяснить все процессы и явления, выявить их особенности функционирования. По сути это еще и познавательная функция.
Прогностическая функция – составление прогнозов дальнейшего развития, исследуемых процессов, явлений, систем, объектов. Моделирование открывает возможности определения и планирования будущего поведения объектов в различных обстоятельствах.
Нормативная функция – определяет возможности построения нормативного образа объекта т.е. отражает то, как должен выглядеть объект в идеале, какими параметрами обладать, отражая предпочтения исследователя или образовательной системы в целом.

Получи деньги за свои студенческие работы

Курсовые, рефераты или другие работы

Автор этой статьи Дата последнего обновления статьи: 01.08.2021

Автор24 - это сообщество учителей и преподавателей, к которым можно обратиться за помощью с выполнением учебных работ.

Научное моделирование — процесс исследования реального мира с помощью создания абстрактных, концептуальных, графических и/или математических моделей. Наука предлагает растущее собрание методов, методов и теории обо всех видах специализированного научного моделирования. Научная модель может обеспечить путь лёгкого прочтения элементов, которые были сломаны в более простой форме.

Моделирование — существенная и неотделимая часть всей научной деятельности, и много научных дисциплин имеют их собственные идеи об определенных типах моделирования. Есть небольшая общая теория о научном моделировании, предлагаемая философией науке — теория систем, и новые области как визуализация знания. [1]

Содержание

Научные основы моделирования

Модель

Научная модель стремится представить эмпирические объекты, явления, и физические процессы логическим и объективным способом. Все модели находятся в изображениях, то есть, в упрощённом размышлении действительности, но несмотря на их врожденную ошибочность, они однако чрезвычайно полезны [2] . Строение и обсуждение моделей фундаментальны для научного подхода. Полное и истинное представление может быть невозможным (см. непредставительную теорию [1]), но научные дебаты часто касаются того, что является лучшей моделью для данной задачи, типа самой точной модели климата для сезонного прогноза [3] .

Попытки формализовать принципы эмпирических наук, используя интерпретацию, чтобы моделировать действительность, таким же образом логичны, как аксиоматические (axiomatize) принципы логики. Цель этих попыток состоит в том, чтобы строить формальную систему, для которой действительность является единственной интерпретацией [2]. Мир — интерпретация (или модель) этих наук, только поскольку эти науки верны [4] .

Для учёного модель — также путь, которым человек думал о том, что процессы могут быть усилены [5] . Например, модели, которые представлены в программном обеспечении, позволяют учёным усиливать вычислительную власть моделирования, визуализировать, управлять и получать интуицию о юридическом лице, явлении или представляемом процессе. Такие компьютерные модели находятся в silico. Другие типы научной модели — модели в естественных условиях (живущий модели, типа лабораторных крыс [3]) и в пробирке (в стеклянной посуде, типа культуры ткани [4]) [6] .

Моделирование вместо прямого измерения и экспериментирования

Модели типично используются, когда это является или невозможным или непрактичным, чтобы создать экспериментальные условия, в которых ученые могут непосредственно измерить результаты. Прямое измерение результатов при условиях, которыми управляют (см. Научный метод) всегда будет более точным, чем моделируемые оценки результатов. Предсказывания результатов, предположения использования моделей призводят в то время, когда отсутствуют измерения. С увеличением числа предположений в модели, точность и рациональность модели уменьшаются.

Моделирование языка

Язык моделирования [5] — любой искусственный язык [6], который может использоваться, чтобы выразить информацию или знание или системы в структуре, которая определена последовательным набором правил. Правила используются для интерпретации значения компонентов в структуре. Примеры моделирования языков — Язык Описания Архитектуры (ADL) [7] для описания и представления архитектуры системы [8], Объединенный Язык Моделирования (UML) [9] для систем программного обеспечения, IDEF [10] для процессов и VRML [11] 3D - стереомоделей компьютерной графики [12], разработанных особенно со Всемирной Паутиной в памяти [13].

Моделирование

Моделирование — построение модели. Устойчивое государственное моделирование обеспечивает информацию о системе во время (обычно в равновесия, если это существует). Динамическое моделирование обеспечивает информацию в течение длительного времени. Моделирование приводит модель в чувство и показывает, как специфический объект или явление будут вести себя. Это полезно для испытания, анализа или обучения, где системы реального мира или понятия могут быть представлены моделью. [7]

Структуирование

Структура [14] — фундаментальное и иногда неосязаемое понятие покрыть признание, наблюдение, природу, и стабильность образцов и отношений объектов. От устного описания основы метода [15], к детальному научному анализу свойств магнитных полей [16], понятие структуры — существенный фонд почти каждого способа запроса и открытия в философии науки, и искусстве. [8]

Система

Система [17] — ряд взаимодействующих или взаимозависимых объектов, реальных или абстрактных, формирующих интегрированное целое. Вообще, система — конструкция или собрание различных элементов, которые вместе могут произвести результаты, не доступные с одними элементами [9] . Понятие интегрированного целого может также быть заявлено в терминах системы, воплощающей ряд отношений, которые дифференцированы от отношений набора с другими элементами, и от отношений между элементами набора и элементами, не являющихся частью относительно режима. Есть два типа систем: 1) дискретный, в котором переменные изменяются мгновенно в отдельных пунктах во времени, 2) непрерывные системы, где государственные переменные изменяются непрерывно относительно времени [10] .

Производство модели

Моделирование обращается к процессу производства модели как концептуальное представление некоторого явления. Как правило модель обращается только к некоторым аспектам рассматриваемого явления, и две модели того же самого явления могут быть чрезвычайно отличными, где различие является большим, чем только простое переименование. Это может произойти из-за отличающихся требований конечных пользователей модели или к концептуальным или эстетическим различиям modellers и решениями, принятыми в течение процесса моделирования. Эстетические рассмотрения, которые могут влиять на структуру [18] модели, могли бы быть предпочтением модельеров с уменьшенной онтологии [19] (процесс представления знаний о реальном мире при моделировании), предпочтением относительно вероятностных моделей в отношении детерминированных, дискретных моделей против непрерывного времени и т.д. По этой причине пользователи образцовой потребности должны понимать оригинальную цель модели и предположения о ее законности [цитата, необходимая].

Процесс оценки модели

Модель оценена прежде всего ее последовательностью к эмпирическим данным; любая модель, непоследовательная с восстанавливаемыми наблюдениями должна быть изменена или отклонена. Однако, использование только эмпирических данных не достаточно для модели, которая будет принята как действительная.

Другие факторы, важные в оценке модели включают:[цитата, необходимая]

Способность объяснять прошлые наблюдения
Способность предсказывать будущие наблюдения
Стоимость использования, особенно в комбинации с другими моделями
Refutability, позволяя оценку степени веры модели
Простота, или даже эстетическое обращение

Люди могут попытаться определить количество оценок модели, используя сервисную функцию [20].

Визуализация

Типы научного моделирования

Моделирование бизнес-процесса

Абстракция для моделирования Бизнес-процесса [11]

В бизнес-процессе, моделируя модель процесса предприятия часто упоминается как модель бизнес-процесса [25]. Модели процесса — основные понятия в дисциплине разработки процесса.

Процессы той же самой природы, которые классифицированы вместе в модель.
Описание процесса на уровне типового.
Когда модель процесса — на уровне типового, процесс — его экземпляр.

Та же самая модель процесса, которая используется неоднократно для развития многих заявлений, имеет много экземпляров.

Одно возможное использование модели процесса должно предписать, как вещи must/should/could, должно быть сделано отличающимся от непосредственного процесса, который является действительным, что случается. Модель процесса — это примерное ожидание того, на что будет похож процесс. То, чем должен быть процесс, будет определено в течение фактического развития системы. [12]

Другие типы

Метаболическое моделирование сети
Моделирование в Эпидемиологии
Моделирование биологических систем
Моделирование
Моделирование программного обеспечения
Статистика
Применение

Моделирование и симуляция

Одно заявление научного моделирования — область Моделирования и Симуляции, вообще называется M&S.[12] M&S имеет спектр заявлений, которые располагаются согласно развития понятия и анализа от экспериментирования, измерения и проверки, до анализа распоряжения. Проекты и программы могут использовать сотни различных моделирований, тренажеров и моделированные инструменты анализа.

Пример интегрированного использования Моделирования и симуляции в управлении цикла жизни Защиты. Моделирование и моделирование в этом изображении представлены в центре изображения с этими тремя контейнерами. [13]

Показы фигуры, как Моделирование и Симуляция используются как центральная часть интегрированной программы в процессе развития способности защиты.[6]

Смотри также

А Общие определения

Б. Моделирование в естественных науках:

модель Баклея-Леверетта ,
модель газожидкостного потока ,
модель Маскета-Мереса ,
модель потока дрейфа ,
модель промышленно-геологическая ,
модель Рапопорта-Лиса ,
модель Рейнольдса-Буссинеска ,
Примечания

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:

Читайте также: