La modellazione come metodo di cognizione. Geometricamente-simile Fisicamente-simile

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Obiettivi:

• formare tra gli studenti il ​​concetto di modellazione come metodo di cognizione;
• tenere conto diverse classificazioni Modelli;
• formare negli studenti il ​​concetto di "modello", "modellazione", "scopo della modellazione", "formalizzazione";
• insegnare agli studenti a descrivere modelli informativi.

Requisiti per conoscenze e abilità:

• Gli studenti dovrebbero sapere:
  • concetti base di "modello", "modellazione", "formalizzazione", "modello informativo";
  • tipi di modelli, loro classificazione.
• Gli studenti dovrebbero essere in grado di:
  • dare esempi diversi modelli;
  • classificare i modelli in base a varie caratteristiche;
  • trovare le caratteristiche essenziali di un oggetto a seconda dello scopo della modellazione.

Software didattico per la lezione: un proiettore per mostrare una presentazione, un insieme di modelli diversi (informazioni di vario tipo, materiale; diversi modelli di un oggetto; modelli creati dagli studenti); presentazione per la lezione "Classificazione dei modelli" ( Presentazione ), un cruciverba eseguito nel programma Hot Potatoes 6 ( Appendice 2 )

DURANTE LE LEZIONI

IO. Impostazione degli obiettivi della lezione

1. Un'auto elettrica allo stand della mostra, una bellezza televisiva che pubblicizza vari prodotti, un modello di un edificio, peluche per bambini, una formula matematica, la teoria dello sviluppo sociale: questi sono tutti modelli. Come si chiamano concetti così diversi in una parola?

2. C'è grande quantità Modelli. Come disporli "sugli scaffali"? Come classificare?

3. La riflessione più completa delle proprietà essenziali di un oggetto è possibile con l'aiuto di un modello informativo. Come costruirlo?

4. Qual è il grado di necessità di utilizzare la formalizzazione nella descrizione dei modelli informativi?

II. Presentazione di nuovo materiale

1. Introduzione del concetto di "modello"

Nelle sue attività, una persona usa molto spesso modelli, cioè crea un'immagine di quell'oggetto, fenomeno o processo con cui deve lavorare (fare i conti).

ModelloÈ una sorta di nuovo oggetto semplificato che riflette le caratteristiche essenziali di un oggetto, processo o fenomeno reale.
L'analisi del modello e l'osservazione di esso consentono di conoscere l'essenza di un oggetto, processo, fenomeno reale e più complesso, chiamato prototipo o originale.
La domanda può sorgere: perché non investigare l'originale stesso e non costruirne un modello?

Citiamo diversi motivi (obiettivi) per i quali ricorrono a modelli di costruzione. ( Gli studenti dovrebbero essere incoraggiati a fornire esempi).

1. Salva e devolvere informazioni sull'oggetto osservato (reportage fotografico, disegno, mappa dell'area, ecc.)
2. Spettacolo come apparirà un oggetto che non esiste ancora (auto, ecc.)
3. Esplorare o provare sul modello, il funzionamento del prodotto futuro, se testare l'oggetto originale è costoso, pericoloso o impossibile (medicina, aviazione, spazio, ecc.)
4. In tempo reale, l'originale potrebbe non esistere più o non esistere nella realtà (la teoria dell'estinzione dei dinosauri, la teoria della morte di Atlantide, il modello "Nuclear Winter"...)
5. Un originale può avere molte proprietà e relazioni. Per approfondire una determinata proprietà, a volte è utile abbandonare le meno essenziali, non tenendone affatto conto (mappa del territorio, modelli di organismi viventi...)
6. L'originale è molto grande o molto piccolo (globo, modello del sistema solare, modello dell'atomo...)
7. Il processo procede molto velocemente o molto lentamente (modello di un motore a combustione interna, modelli geologici)

modellazioneÈ il processo di costruzione di modelli per lo studio e lo studio di oggetti, processi, fenomeni.

Cosa si può simulare? (Chiedi agli studenti di provare a rispondere a questa domanda da soli.)

Puoi modellare:

1. Oggetti.

Ecco alcuni esempi di modelli a oggetti:

• copie di strutture architettoniche;
• copie opere d'arte;
• aiuti visuali;
• un modello dell'atomo di idrogeno o sistema solare;
• il globo;
• un modello che mostra i vestiti;
• Giocattoli per bambini;
• eccetera.

2. Fenomeni

Esempi di modelli di fenomeni:

• modello fenomeni fisici: scariche di fulmini, forze magnetiche ed elettriche...;
• modelli geofisici: modello di colata di fango, modello di terremoto, modello di frana ...

3. Processi

Esempi di modelli di processo:

• modello dello sviluppo dell'universo;
• modelli di processi economici;
• modelli di processi ecologici...

4. Comportamento

Quando una persona compie un'azione, di solito è preceduta dall'emergere nella sua mente di un modello di comportamento futuro. Che stia per costruire una casa o risolvere un problema, attraversare la strada o partire per un'escursione, sicuramente prima immagina tutto questo nella sua mente. Questa è la principale differenza tra un uomo pensante e tutti gli altri esseri viventi sulla terra.
Lo stesso oggetto in diverse situazioni, in diverse scienze può essere descritto da diversi modelli. Ad esempio, considera l'oggetto "persona" dal punto di vista di varie scienze:

• in meccanica, una persona è un punto materiale;
• in chimica, è un oggetto composto da vari sostanze chimiche;
• in biologia, è un sistema che tende all'autoconservazione;
• eccetera.

D'altra parte, oggetti diversi possono essere descritti da un modello. Ad esempio, in meccanica, vari oggetti materiali da un granello di sabbia a un pianeta sono considerati punti materiali.

Pertanto, non importa affatto quali oggetti vengono scelti come simulatori. È importante solo che con il loro aiuto sia possibile riflettere le caratteristiche più essenziali dell'oggetto, del fenomeno o del processo studiato. La modellazione è un metodo conoscenza scientifica mondo oggettivo con l'aiuto di modelli.

2. Classificazione dei modelli

Quindi, come abbiamo appena visto, ci sono molti oggetti da modellare. E per navigare nella loro diversità è necessario classificare tutto questo, cioè ordinare, sistematizzare in qualche modo.

Quando si classificano gli oggetti in base a gruppi "correlati", è necessario selezionare correttamente un determinato singolo attributo (parametro e quindi combinare quegli oggetti per cui coincide). Consideriamo le caratteristiche più comuni in base alle quali i modelli possono essere classificati. ( Accompagnato da una presentazione, con un'analisi dettagliata degli esempi in essa forniti).

I. Tenendo conto del fattore tempo:

• dinamico;
• statico.

II. Per area di utilizzo:

• educativo;
• esperto;
• gioco d'azzardo;
• scientifico e tecnico;
• imitazione.

III. Per area di competenza:

• matematico;
• chimico;
• fisico;
• geografico;
• eccetera.

IV. A titolo di attuazione:

• computer;
• non informatico.

V. A titolo di presentazione:

• Materiale;
• informazione
• verbale;
• grafico;
• matematico;
• tabellare;
• speciale.

Viene chiamato il processo di costruzione di modelli informativi utilizzando linguaggi formali (matematico, logico, ecc.) FORMALIZZAZIONE
Di più definizione completa la formalizzazione è la riduzione (riduzione) delle proprietà e degli attributi essenziali dell'oggetto di modellazione alla forma selezionata.

Le forme di presentazione del modello informativo possono essere: descrizione verbale, tabella, diagramma, disegno, formula, algoritmo, programma informatico, ecc.

III. Consolidamento del passato.

Per consolidare il materiale, viene proposto un piccolo compito:

1 compito - di 10 domande viene calcolato per circa 15 minuti. È consentito utilizzare la presentazione, lavorare al computer. Organizza le risposte su un quaderno o su Foglio separato secondo il campione proposto ( Allegato 1 ))

2 compiti - la risoluzione di un cruciverba al computer viene offerta agli studenti se hanno completato 1 compito prima del previsto e lo hanno superato. Il livello degli studenti è diverso e, per non perdere tempo, gli studenti più forti possono iniziare a risolvere da soli il cruciverba. Questo compito è quindi, dopo che tutti gli altri studenti hanno superato lavoro di prova, è controllato da loro ed eseguito insieme ad altri. Prima del controllo congiunto, è necessario passare e visualizzare il grado di risoluzione, nel caso in cui sia stato risolto più dell'85% del cruciverba, ricompensare con una valutazione. Per verificare, puoi pronunciare tutte le opzioni di risposta o dimostrare il cruciverba completato attraverso il proiettore. ( Appendice 2 )

Cruciverba sull'argomento "Modellazione"

Orizzontalmente:

2. Il nome generale dei modelli, che sono una raccolta di informazioni utili e necessarie su un oggetto (informativo)
3. Il nome generico dei modelli che riproducono aspetto esteriore, la struttura dell'oggetto modellato (materiale)
5. Descrizione del modello utilizzando un linguaggio formale (formalizzazione)
6. Modelli che consentono di vedere il cambiamento di un oggetto nel tempo (dinamico)
8. I modelli di questo tipo imitano la realtà con vari gradi di accuratezza (imitazione)
9. Un esempio del primissimo modello grafico (foto)
10. Modello informativo, composto da righe e colonne (tabella)
11. Strumento per la modellazione al computer (computer)
12. Oggetto grafico costituito da vertici collegati da linee (grafico)
14. Copie ridotte o ingrandite dell'oggetto disegnato. Questi modelli vengono utilizzati per studiare l'oggetto e prevederne le caratteristiche future (sperimentale)
15. Un oggetto creato artificialmente che riproduce la struttura e le proprietà dell'oggetto indagato (modello)

Verticalmente:

1. Costruzione di modelli per lo studio e lo studio di oggetti, processi, fenomeni (modellazione)
4. Questi modelli rappresentano una fetta di informazioni una tantum sull'oggetto (statico)
7. Questi modelli rappresentano descrizioni in linguaggi naturali in forma mentale o parlata (verbale)
13. Un esempio di modello matematico firmato (formula)

IV. Riassumendo

Valutazione delle conoscenze degli studenti. Discussione dell'argomento studiato. Compiti a casa.

Letteratura:

1. Makarova N.V. Informatica e ICT. Libro di testo per le classi 8-9. - SPb.: Peter, 2008 .-- 160s.: Ill.
2. Sokolova O.L. Tutorial universali sull'informatica. Grado 10. M .: VAKO, 2006 .-- 400 p.

Il modello è un concetto scientifico generale che significa sia un ideale che un oggetto fisico di analisi. Un'importante classe di modelli ideali è un modello matematico: in esso il fenomeno o il processo oggetto di studio è presentato sotto forma di oggetti astratti o le leggi matematiche più generali che esprimono le leggi della natura o le proprietà interne degli oggetti matematici stessi, o le regole del ragionamento logico.

Confini tra i modelli tipi diversi o classi, così come l'assegnazione di un modello a qualche tipo o classe sono molto spesso arbitrarie. Considera i segni più comuni con cui sono classificati i modelli:

· Finalità d'uso;

• campo della conoscenza;
• fattore tempo;
• modo di presentazione.

I modelli si distinguono per scopo di utilizzo educativo, sperimentale, di simulazione, di gioco, scientifico e tecnico.

I modelli si distinguono per area di conoscenza biologico, economico, storico, sociologico eccetera.

I modelli sono divisi per il fattore tempo dinamico e statico... Il modello statico riflette la struttura e i parametri dell'oggetto, quindi è anche chiamato strutturale... Descrive un oggetto in un determinato momento, fornisce una fetta di informazioni su di esso. Il modello dinamico riflette il processo di funzionamento di un oggetto o i cambiamenti e lo sviluppo del processo in tempo.

Ogni modello ha un aspetto, una forma o un modo di presentazione, lei sempre da qualcosa e in qualche modo fatto o presentato e descritto. In questa classe, prima di tutto, i modelli sono considerati materiali e immateriali.

Modelli di materiale Sono copie materiali di oggetti da modellare.

Hanno sempre un'incarnazione reale, riproducono proprietà esterne o struttura interna, o le azioni dell'oggetto originale. Esempi: globo - modello a forma il globo, una bambola è un modello dell'aspetto di una persona, un robot è un modello delle azioni di una persona nella produzione pericolosa. La modellazione dei materiali utilizza un metodo di cognizione sperimentale (empirico).

La modellazione non materiale utilizza il metodo teorico della cognizione. Lo chiamano in modo diverso, astratto, ideale... I modelli astratti, a loro volta, si dividono in immaginari e informativi.

Modello informativoÈ una raccolta di informazioni su un oggetto che descrive le proprietà e lo stato di un oggetto, processo o fenomeno, nonché connessioni e relazioni con il mondo esterno.

I modelli informativi rappresentano oggetti sotto forma di descrizioni verbali, testi, figure, tabelle, diagrammi, disegni, formule, ecc. Il modello dell'informazione non può essere toccato, non ha un'incarnazione materiale, si basa solo sull'informazione. Può essere espresso in un linguaggio di descrizione (modello dei segni) o in un linguaggio di presentazione (modello visivo).

Lo stesso modello si applica contemporaneamente a classi diverse divisione. Ad esempio, i programmi imitando movimento dei corpi (auto, proiettile, pendolo, ascensore, ecc.). Tali programmi vengono utilizzati nelle lezioni di fisica ( campo della conoscenza) con obiettivi di apprendimento ( scopo d'uso). Allo stesso tempo, sono dinamico, poiché tengono conto della posizione del corpo in momenti diversi nel tempo, e algoritmico a titolo di attuazione.

Consideriamo più in dettaglio la classe dei modelli informativi dal punto di vista delle modalità di presentazione delle informazioni. La forma di presentazione del modello informativo dipende dal metodo di codifica (alfabeto) e dal mezzo materiale.

Immaginario(mentale o intuitivo) la modellazione è una rappresentazione mentale di un oggetto. Tali modelli si formano nell'immaginazione di una persona e accompagnano la sua attività cosciente. Precedono sempre la creazione di un oggetto materiale, modello materiale e informativo, essendo una delle fasi del processo creativo. Ad esempio, tema musicale nel cervello del compositore - un modello intuitivo di un brano musicale.

Verbale modellazione (si riferisce al segno) è la rappresentazione di un modello di informazione per mezzo di un linguaggio parlato naturale (fonemi). Un modello mentale espresso in forma colloquiale è detto verbale (da parola latina verbalizzare - orale). La forma di presentazione di tale modello è orale o comunicazione scritta... Esempi sono opere letterarie, informazioni in aiuti per l'insegnamento e dizionari, istruzioni per l'uso del dispositivo, regole del traffico.

Modellazione visiva (espressa in linguaggio di presentazione)È un'espressione delle proprietà dell'originale con l'aiuto delle immagini. Ad esempio, disegni, tele d'arte, fotografie, film. A modellazione scientifica i concetti sono spesso codificati da disegni - iconico modellazione. Questo include anche geometrico modelli - modelli informativi presentati per mezzo di grafici.

Segno figurato la modellazione utilizza immagini simboliche di qualche tipo: diagrammi, grafici, disegni, grafici, piani, mappe (vedi Fig. 3). Ad esempio, una mappa geografica, una piantina di un appartamento, un albero genealogico, un diagramma a blocchi di un algoritmo. Questo gruppo include modelli di informazioni strutturali creati per la rappresentazione visiva componenti e relazioni oggettuali. Il più semplice e comune strutture informative- si tratta di tabelle, diagrammi, grafici, diagrammi a blocchi, alberi.

Firmato (simbolico espresso nella lingua di descrizione) modellazione (fig. 4) utilizza alfabeti di linguaggi formali: segni convenzionali, Simboli speciali, lettere, numeri e prevede una serie di regole per operare con questi segni. Esempi: sistemi linguistici speciali, formule fisiche o chimiche, espressioni matematiche e formule, notazione musicale, ecc. Un programma scritto secondo le regole di un linguaggio di programmazione è un modello di segno.

Uno dei linguaggi formali più comuni è linguaggio delle formule algebriche in matematica, che consente di descrivere le relazioni funzionali tra le quantità. Elaborazione di un modello matematico in molti problemi di modellazione, anche se una fase intermedia, ma molto essenziale.

Modello matematico- un modo di presentare un modello informativo che mostri una relazione vari parametri oggetto attraverso formule e concetti matematici.

Nei casi in cui la modellazione è focalizzata sullo studio di modelli utilizzando un computer, una delle sue fasi è lo sviluppo di modello di computer .

Modello di computer- è creato a spese delle risorse informatiche immagine virtuale, riflettendo qualitativamente e quantitativamente le proprietà interne e le connessioni dell'oggetto modellato, a volte trasmettendo le sue caratteristiche esterne.

Un modello al computer è un modello materiale che riproduce l'aspetto, la struttura o l'azione di un oggetto modellato mediante segnali elettromagnetici. Lo sviluppo di un modello informatico è preceduto da modelli mentali, verbali, strutturali, matematici e algoritmici.

Conferenza "Forme di rappresentazione dei modelli. Formalizzazione".

Segni di classificazioni del modello:

1) - per area di utilizzo;

2) - dal fattore tempo;

3) - per branca della conoscenza;

4) - secondo la forma di presentazione.

1) Classificazione dei modelli per area di utilizzo:

Modelli didattici- utilizzato nella formazione. Questi possono essere aiuti visivi, vari simulatori, programmi di allenamento.

Modelli esperti- si tratta di copie ridotte o ingrandite dell'oggetto disegnato. Utilizzato per ricercare e prevedere le sue prestazioni future.

Ad esempio, un modello di nave viene studiato in una piscina per studiare la stabilità di una nave durante il rotolamento, un modello di auto viene "soffiato" in una galleria del vento per studiare l'ottimizzazione del corpo, un modello di struttura viene utilizzato per legare un edificio a un'area specifica , eccetera.

Modelli scientifici e tecnici - sono creati per lo studio di processi e fenomeni. Questi modelli includono, ad esempio, un dispositivo per ricevere una scarica elettrica da fulmine o un supporto per testare i televisori.

Modello di giocoe - questi sono giochi militari, economici, sportivi, aziendali. Questi modelli, per così dire, provano il comportamento dell'oggetto in varie situazioni, interpretandole tenendo conto della possibile reazione di un concorrente, alleato o avversario. attraverso modelli di gioco può essere fornito assistenza psicologica malato, risolvere situazioni di conflitto.

Modelli di simulazione non riflettono facilmente la realtà con vari gradi di accuratezza, ma la imitano. Gli esperimenti con i modelli vengono condotti con dati iniziali diversi. Sulla base dei risultati dello studio, vengono tratte le conclusioni. Questo metodo di selezione decisione corretta ottenuto il nome (prova ed errore). Ad esempio, per identificare gli effetti collaterali droghe sono testati in una serie di esperimenti sugli animali.

2) Classificazione dei modelli in base al fattore tempo:

Statico- modelli che descrivono lo stato del sistema in un determinato momento (un taglio una tantum di informazioni su questo oggetto). Ad esempio, l'esame degli studenti in una clinica odontoiatrica dà la condizione dei loro denti in questo momento tempo: il rapporto tra latte e permanente, presenza di sigilli, difetti, ecc.

Dinamico- modelli che descrivono i processi di cambiamento e sviluppo del sistema (cambiamenti dell'oggetto nel tempo). Esempi: descrizione del movimento dei corpi, lo sviluppo degli organismi, il processo delle reazioni chimiche.

Quando si costruisce una casa, vengono calcolate la forza delle sue fondamenta, dei muri, delle travi e della loro resistenza al carico costante. Questo è un modello statico di un edificio. Ma è anche necessario fornire resistenza ai venti, al movimento acque sotterranee, vibrazioni sismiche e altri fattori variabili nel tempo. Queste domande possono essere risolte utilizzando modelli dinamici.

Pertanto, uno stesso oggetto può essere caratterizzato sia da un modello statico che da uno dinamico.

3) Classificazione dei modelli per settore

Questa è una classificazione secondo il ramo dell'attività umana: matematico, biologico, chimico, sociale, economico, storico, ecc.

4) Classificazione dei modelli secondo la forma di presentazione:

Tutti i modelli possono essere suddivisi in due grandi classi: soggetto (materiale) modelli e modelli informativi.

Materiale(soggetto) i modelli hanno sempre un'incarnazione reale. Riflettono una proprietà esterna e organizzazione interna oggetti originali, l'essenza dei processi e dei fenomeni dell'oggetto originale. Questo metodo sperimentale conoscenza dell'ambiente.

Nel processo di apprendimento, sono ampiamente utilizzati i seguenti modelli: un globo (geografia), manichini (biologia), modelli di reticoli cristallini (chimica), ecc.

Esempi: giocattoli per bambini, scheletro umano, animale di pezza, modello del sistema solare, manuali scolastici, esperimenti fisici e chimici.

Modelli informativi - informazioni appositamente selezionate su un oggetto, che riflettono le proprietà di questo oggetto più essenziali per un ricercatore.

Dal grado di formalizzazione i modelli informativi sono segno figurato e iconico.

Un esempio lampante di modello figurativo-simbolico è una mappa geografica. Il colore e la forma dei continenti, degli oceani, delle montagne rappresentati sulla mappa collegano immediatamente il pensiero immaginativo. Puoi valutare immediatamente il rilievo dal colore sulla mappa. Ad esempio, con in blu una persona associa l'acqua, con un prato fiorito verde, una pianura. La mappa è piena di legenda. Conoscendo questa lingua, una persona può ricevere informazione affidabile sull'oggetto di interesse. Il modello informativo in questo caso sarà il risultato della comprensione delle informazioni ottenute con l'ausilio dei sensi e delle informazioni codificate sotto forma di immagini convenzionali.

Lo stesso si può dire della pittura. Uno spettatore inesperto percepirà l'immagine con la sua anima sotto forma di un modello figurativo. Esistono però dei linguaggi artistici che corrispondono a vari generi e scuole pittoriche: l'accostamento dei colori, la natura della pennellata, i modi di veicolare l'aria, il volume, ecc. È più facile per chi conosce queste convenzioni capire cosa l'artista aveva in mente, soprattutto se l'opera non è riferita al realismo. In questo caso, la percezione generale dell'immagine (modello informativo) sarà il risultato della comprensione dell'informazione sia in forma figurativa che simbolica.

Un altro esempio di tale modello è la fotografia. La fotocamera consente di ottenere un'immagine dell'originale. Di solito la fotografia ci dà un'idea abbastanza precisa dell'aspetto di una persona. Ci sono alcuni segni (l'altezza della fronte, la posizione degli occhi, la forma del mento), con cui gli esperti possono determinare il carattere di una persona, la sua tendenza a determinate azioni. Questo linguaggio speciale è formato dalle informazioni accumulate nel campo della fisionomia e propria esperienza... Medici esperti che guardano la foto uno sconosciuto vedrà segni di alcune malattie. Avendo fissato obiettivi diversi, dalla stessa fotografia si possono ottenere diversi modelli di informazione. Saranno il risultato dell'elaborazione di informazioni figurative ottenute guardando una fotografia e informazioni formate sulla base della conoscenza di un linguaggio professionale speciale.

Secondo la forma di rappresentazione dei modelli figurativo-simbolici, si possono distinguere tra loro i seguenti gruppi:

Modelli geometrici visualizzare l'aspetto dell'originale (disegno, pittogramma, disegno, pianta, mappa, immagine volumetrica);

Modelli strutturali che riflettono la struttura degli oggetti e la relazione dei loro parametri (tabella, grafico, diagramma, diagramma);

Modelli di parole fissato (descritto) per mezzo del linguaggio naturale;

Modelli algoritmici che descrivono la sequenza di azioni.

I modelli iconici possono essere suddivisi nei seguenti gruppi:

Modelli matematici presentati formule matematiche, visualizzando la relazione di vari parametri di un oggetto, sistema o processo;

Modelli speciali mostrati su lingue speciali(appunti, formule chimiche, ecc.);

Modelli algoritmici che rappresentano il processo in forma di programma scritto in una lingua speciale.

Forme di presentazione dei modelli. Formalizzazione

Modelli materiali e modelli informativi.

Tutti i modelli possono essere suddivisi in due grandi classi: modelli soggetto (materiale) e modelli informazione. Modelli di oggetti riprodurre in forma materiale le proprietà geometriche, fisiche e di altro tipo degli oggetti (globi, manichini anatomici, modelli di reticoli cristallini, modelli di edifici e strutture, ecc.).

I modelli informativi rappresentano oggetti e processi in figurativo o forma iconica.

Di diversi modelli(disegni, fotografie, ecc.) sono immagini visive oggetti registrati su qualsiasi supporto (cartaceo, fotografico e cinematografico, ecc.). I modelli di informazione figurativa sono ampiamente utilizzati nell'istruzione (ricordate i poster educativi su varie materie) e scienze, dove è richiesto di classificare gli oggetti secondo la loro segni esteriori(in botanica, biologia, paleontologia, ecc.).

I modelli di informazioni firmate sono costruiti utilizzando lingue diverse (sistemi di segni). Un modello di informazione sui segni può essere rappresentato sotto forma di testo (ad esempio, un programma in un linguaggio di programmazione), una formula (ad esempio, la seconda legge di Newton F = m × a), una tabella (ad esempio, tavola periodica elementi di D.I.Mendeleev) e così via.

A volte, quando si costruiscono modelli di informazioni sui segni, diversi lingue differenti... Esempi di tali modelli sono mappe geografiche, grafici, diagrammi, ecc. In tutti questi modelli vengono utilizzati contemporaneamente come lingua elementi grafici e linguaggio simbolico.

Nel corso della sua storia, l'umanità ha usato diversi modi e strumenti per la creazione di modelli informativi. Questi metodi sono stati costantemente migliorati. Quindi, i primi modelli di informazione sono stati creati sotto forma di pitture rupestri, ma ora i modelli di informazione sono generalmente costruiti e studiati utilizzando le moderne tecnologie informatiche.

I linguaggi naturali sono usati per creare modelli informativi descrittivi... Nella storia della scienza sono noti numerosi modelli descrittivi dell'informazione; per esempio, il modello eliocentrico del mondo di Copernico è stato formulato come segue:

La terra gira intorno al suo asse e intorno al sole;

Le orbite di tutti i pianeti girano intorno al sole.

I linguaggi formali sono usati per costruire modelli di informazione formale(matematico, logico, ecc.). Uno dei linguaggi formali più utilizzati è la matematica. I modelli costruiti utilizzando concetti e formule matematiche sono chiamati modelli matematici... Il linguaggio della matematica è un insieme di linguaggi formali. Con alcuni di loro (algebra, geometria, trigonometria) si conosce a scuola, con altri ( insiemistica, teoria della probabilità, ecc.) possono essere trovati nel processo di formazione continua.

Il linguaggio dell'algebra permette di formalizzare relazioni funzionali tra quantità. Così, Newton ha formalizzato l'eliocentrico sistema del mondo, scoprendo le leggi della meccanica e la legge di gravitazione universale e trascrivendole in forma algebrica dipendenze funzionali... V corso di scuola la fisica considera molte diverse dipendenze funzionali, espresse nel linguaggio dell'algebra, che sono modelli matematici dei fenomeni o processi studiati.

Il linguaggio dell'algebra della logica (algebra delle proposizioni) permette di costruire modelli logici formali... Con l'aiuto dell'algebra proposizionale, si può formalizzare (scrivere nella forma espressioni logiche) affermazioni semplici e complesse espresse in linguaggio naturale. Costruire modelli logici ti permette di risolvere compiti logici, costruire modelli logici di dispositivi informatici (addizionatore, flip-flop) e così via.

Nelle scienze naturali (fisica, chimica, ecc.) si costruiscono modelli formali di fenomeni e processi. Nella maggior parte dei casi, viene utilizzato il linguaggio matematico universale delle formule algebriche. Tuttavia, in alcuni casi, vengono utilizzati linguaggi formali specializzati (in chimica - il linguaggio delle formule chimiche, nella musica - notazione musicale, ecc.).

Nel processo di conoscenza del mondo circostante, l'umanità usa costantemente la modellazione e la formalizzazione. Quando si studia un nuovo oggetto, in primo luogo, il suo modello informativo descrittivo viene solitamente costruito in un linguaggio naturale, quindi viene formalizzato, ovvero viene espresso utilizzando linguaggi formali (matematica, logica, ecc.).

Visualizzazione di modelli formali

Nel corso della sua storia, l'umanità ha utilizzato vari metodi e strumenti per creare modelli informativi. Questi metodi sono stati costantemente migliorati. Così, i primi modelli di informazione sono stati creati sotto forma di pitture rupestri. Attualmente, i modelli di informazione sono generalmente costruiti e ricercati utilizzando la moderna tecnologia informatica.

Nel processo di studio dei modelli formali, vengono spesso visualizzati. Per visualizzare algoritmi, vengono utilizzati diagrammi a blocchi: relazioni spaziali tra oggetti - disegni, modelli circuiti elettrici - circuiti elettrici, modelli logici dispositivi - logica eccetera.

Quindi, quando si visualizzano modelli fisici formali con l'aiuto dell'animazione, è possibile visualizzare la dinamica del processo, tracciare grafici dei cambiamenti nelle quantità fisiche e così via. I modelli visivi sono solitamente interattivi, ovvero il ricercatore può modificare le condizioni iniziali e i parametri dei processi e osservare i cambiamenti nel comportamento del modello.

Modelli informativi descrittivi. Tali modelli mostrano oggetti, processi e fenomeni. qualitativamente, vale a dire, non utilizzando caratteristiche quantitative. I modelli informativi descrittivi sono generalmente costruiti utilizzando lingue naturali e disegni. Nella storia della scienza sono noti numerosi modelli informativi descrittivi. Pertanto, il modello eliocentrico del mondo in linguaggio naturale di Copernico è stato formulato come segue: - La Terra gira intorno al Sole e la Luna gira intorno alla Terra; Tutti i pianeti ruotano intorno al sole. Tuttavia, il modo in cui viene presentato sotto forma di immagine è più visivo.

Al giorno d'oggi, computer interattivo modelli visivi... In tali modelli, il ricercatore può cambiare condizioni iniziali e parametri del corso dei processi e osservare i cambiamenti nel comportamento del modello.

Compiti a casa - Appunti

Basi metodologiche per la modellazione. Tutto ciò a cui è finalizzata l'attività umana si chiama oggetto(lat. obiezione- cosa). Lo sviluppo di una metodologia qui mira a semplificare la ricezione e l'elaborazione di informazioni su oggetti che esistono al di fuori della nostra coscienza e interagiscono tra loro e con l'ambiente esterno.

Un oggetto- una parte del mondo circostante, considerata da una persona nel suo insieme.

Nome - questa è la caratteristica principale che permette di distinguere un oggetto dall'altro. Nella vita di tutti i giorni, è usato nome comune , denotando oggetti con caratteristiche simili: stanza, cane, fiume, canto. Molti oggetti, per concretizzarli, vengono dati nome proprio .

Distinguere un oggetto e una specifica istanza di un oggetto... L'oggetto è caratterizzato da un nome e parametri senza specificare valori specifici. Un'istanza ha valori di parametro specifici, può avere il proprio nome e questo differisce da altri oggetti simili ad essa.

mercoledì - le condizioni per l'esistenza dell'oggetto. L'ambiente dell'esistenza dell'oggetto influenza l'oggetto stesso.

Nella ricerca scientifica, gioca un ruolo importante ipotesi, cioè certe previsioni basate su una piccola quantità di dati sperimentali, osservazioni, supposizioni. Una verifica rapida e completa delle ipotesi avanzate può essere effettuata nel corso di un esperimento appositamente progettato. Nel formulare e testare la correttezza delle ipotesi Grande importanza come metodo di giudizio ha un'analogia.

Per analogia chiamare un giudizio su una particolare somiglianza di due oggetti e tale somiglianza può essere significativa e insignificante. I concetti di materialità e insignificanza della somiglianza o differenza degli oggetti sono condizionali e relativi. Il significato della somiglianza (differenza) dipende dal livello di astrazione e in caso generaleè determinato dall'obiettivo finale della ricerca che si sta conducendo.

Le ipotesi e le analogie dovrebbero essere chiare o ridotte a schemi logici convenienti per la ricerca; tali schemi logici che semplificano il ragionamento e le costruzioni logiche o consentono esperimenti per chiarire la natura dei fenomeni sono chiamati Modelli . In altre parole, modello (lat. modulo- misura) è un oggetto sostitutivo dell'oggetto originario, che prevede lo studio di alcune proprietà dell'originale.

L'intera varietà di modelli è divisa in tre classi:

materiale (naturale) modelli (alcuni oggetti reali - modelli, manichini, standard)- copie ridotte o ingrandite che riproducono l'aspetto dell'oggetto modellato, la sua struttura (globo, modello a reticolo cristallino) o comportamento (modello aereo radiocomandato, cyclette);

immaginario modello (punto geometrico, pendolo matematico, gas ideale, infinito);

informazione modelli - descrizioni dell'oggetto modellato in uno dei linguaggi di codifica delle informazioni (descrizione verbale, diagrammi, disegni, mappe, disegni, formule scientifiche, programmi, ecc.).

Definizione di modellazione. Viene chiamato sostituire un oggetto con un altro per ottenere informazioni sulle proprietà più importanti dell'oggetto originale utilizzando l'oggetto modello modellazione.

La modellazione è la rappresentazione di un oggetto da parte di un modello per ottenere informazioni su quell'oggetto sperimentando il suo modello. La teoria della sostituzione di alcuni oggetti (originali) con altri oggetti (modelli) e dello studio delle proprietà degli oggetti sui loro modelli è chiamata teoria dei modelli.

Riso. Schema di modellazione generale

Nel processo di modellazione, ogni aspetto della modellazione viene rivelato attraverso un insieme di proprietà. Non tutti si riflettono nei modelli proprietà dell'oggetto, ma solo significativo dal punto di vista dello scopo della modellazione .

Ogni aspetto della modellazione è caratterizzato da un proprio insieme di proprietà:

aspetto: un insieme di funzionalità;

struttura - un elenco di elementi e un'indicazione della relazione tra loro;

comportamento - cambiamenti nell'aspetto e nella struttura nel tempo.

Alcune proprietà dell'oggetto della modellazione possono essere espresse in quantità che assumono valori numerici. Tali valori sono chiamati parametri Modelli.

Obbiettivo la modellazione sorge quando il soggetto della modellazione risolve il compito che gli sta di fronte e dipende sia dal problema da risolvere che dall'oggetto della modellazione. Ne consegue che l'obiettivo della modellazione ha una duplice natura: da un lato è oggettivo, poiché discende dal compito di ricerca, dall'altro è soggettivo, poiché il ricercatore lo corregge sempre in base all'esperienza, agli interessi, motivi di attività.

Diamo un'occhiata ad alcuni esempi. Nelle immagini

Soggetto modellistico - un architetto, per esempio.

Problema di simulazione - progettare una casa confortevole per la famiglia del cliente, i cui costi di progettazione e costruzione non supereranno l'importo specificato.

Oggetto di simulazione - quelle case che l'architetto ha visto con i propri occhi o immaginato. Il compito che deve affrontare l'architetto come soggetto di modellazione si concretizza in obiettivi modellazione: per sviluppare un progetto di casa che soddisfi il cliente, rifletta le preferenze professionali dell'architetto stesso e la stima dei costi per la realizzazione della quale soddisferebbe determinate restrizioni.

Per un oggetto, un soggetto può costruire diversi modelli se decide compiti diversi portando a diversi obiettivi di modellazione (Fig. 2).

Per un oggetto, soggetti diversi possono costruire modelli diversi, anche se hanno lo stesso compito di modellazione. La scelta del tipo di modello e la sua costruzione dipendono dalle conoscenze, dall'esperienza, dalle preferenze, dagli interessi personali del soggetto (Fig. 3, 4).

Riso. 1. Un diagramma che mostra la dipendenza dell'obiettivo della modellazione dal problema da risolvere e dall'oggetto della modellazione	Riso. 2. Un diagramma che mostri che per un oggetto un soggetto può costruire più modelli
Riso. 3. Diagramma che dimostra che soggetti diversi possono costruire modelli diversi per un oggetto	Riso. 4. Diagramma che mostra che soggetti diversi costruiscono, di regola, modelli diversi dello stesso oggetto

Oggetti diversi possono avere lo stesso tipo di modello, anche se sono stati costruiti da soggetti diversi in base a obiettivi di modellazione diversi.

Distinguere la modellazione aspetto esteriore, modellazione strutture e modellazione comportamento.

Aspetto da modella l'oggetto è utilizzato per:

Identificazione (riconoscimento) dell'oggetto;

Memorizzazione a lungo termine dell'immagine.

Modellazione strutturale l'oggetto è utilizzato per:

La sua rappresentazione visiva;

Studio delle proprietà di un oggetto;

Rivelando connessioni significative;

Studio della stabilità dell'oggetto.

Comportamento di modellazione si applica quando:

pianificazione, previsione;

stabilire collegamenti con altri oggetti;

identificare le relazioni causali;

gestione;

progettare dispositivi tecnici eccetera.

Struttura dell'oggetto - un insieme dei suoi elementi e dei collegamenti esistenti tra loro.

Descrizione della struttura- elencando il costituente elementi oggetto e indicazione connessioni tra loro. Nel linguaggio, questi elementi e connessioni sono spesso espressi da nomi: elettrone, protone, neutrone, forza di attrazione (connessione), livello di energia (quando si descrive un atomo).

La modellazione della struttura di un oggetto è necessaria per:

La sua rappresentazione visiva

Studiare le proprietà di un oggetto,

Rivelando connessioni significative,

Studiare la stabilità dell'oggetto, ecc.

Comportamento dell'oggetto chiamare i cambiamenti che si verificano a lui nel tempo. Descrizione del comportamento un oggetto si riduce a descrivere il suo aspetto e la sua struttura nel tempo come risultato dell'interazione con altri oggetti.

Il ruolo epistemologico della teoria dei modelli

La GNOSEOLOGIA (gnosi greca - conoscenza, logos - insegnamento) è una disciplina filosofica impegnata nella ricerca, nella critica e nelle teorie della conoscenza - la teoria della conoscenza in quanto tale.

modellazione- il principio guida della moderna conoscenza scientifica. Una persona non può vedere il soggetto della conoscenza nel suo insieme, in tutte le sue manifestazioni. Pertanto, limita le sue affermazioni e cerca di conoscere qualsiasi aspetto di questo argomento, a seconda del compito che deve affrontare la persona.

Tuttavia, è possibile, utilizzando la modellazione, evidenziare le caratteristiche comuni che sono inerenti a modelli di oggetti del mondo reale che sono di natura diversa. Questa cosa comune è la presenza di alcuni strutture(statico o dinamico, materiale o mentale), che è simile alla struttura dell'oggetto dato.

Modellazione basata su principi generali conoscenza scientifica:

Il principio del riduzionismo - la capacità di ridurre il più complesso al più semplice. Ciò significa che studiare qualcosa di più semplice può dire qualcosa sull'oggetto stesso.

Principio di evoluzione - tutte le forme superiori si sono gradualmente sviluppate dalle forme inferiori. Ciò significa che analizzando il comportamento delle forme inferiori è possibile prevedere il comportamento forme superiori.

Il principio di razionalità , che afferma che gli oggetti del mondo reale possono essere conosciuti usando la logica e la matematica.

Se i risultati della simulazione sono confermati e possono servire come base per prevedere i processi che si verificano negli oggetti studiati, allora dicono che il modello è adeguato all'oggetto. in cui adeguatezza il modello dipende dallo scopo della simulazione e dai criteri adottati.

Adeguatezza presuppone la riproduzione da parte del modello con la necessaria completezza di tutte le caratteristiche dell'oggetto che sono essenziali ai fini della modellazione.

Per stabilire l'adeguatezza nel caso di modelli costruttivi, anche informativi, è necessario formulare lo scopo della modellazione e chiarire quale aspetto dell'oggetto in esame (aspetto, struttura o comportamento) è di interesse in questo caso.

Se l'osservatore è disponibile diversi modelli di oggetti , ma l'oggetto stesso non è disponibile, può confrontare i modelli disponibili ed evidenziare alcuni momenti invarianti (presenti in tutti i modelli) che possono essere attribuiti all'oggetto stesso con un alto grado di certezza.

Se solo un modello , la questione della sua adeguatezza all'oggetto è assunta sulla base di quanto segue disposizioni scientifiche fondamentali:

consistenza : la simultanea verità dell'affermazione (A) e dell'affermazione che la contraddice (non A) è impossibile;

legge della ragione sufficiente : "... non un solo fenomeno può risultare vero o reale, non una sola affermazione può essere vera senza una ragione sufficiente per cui ciò sia vero e non altrimenti..." (G.V. Leibniz);

legge di conservazione dell'energia : energia del campo + energia dell'oggetto = costante.

legge di conservazione della materia : la materia non scompare da nessuna parte e non appare da nessuna parte, passa solo da uno stato all'altro;

proprietà di simmetria : se uno stato o un processo si verifica in natura, allora esiste uno stato o un processo invertito nel tempo, che può anche essere realizzato in natura.

Inoltre, l'adeguatezza del modello è valutata sulla base di principi euristici generali :

Principio hai appena ;

Principio" pigrizia "(In comunicazione);

Principio estetica ;

Principio conformità : se specifichi correttamente un modello adeguato o l'ambito di un modello adeguato, il risultato sarà un modello adeguato.