Modelarea ca metodă de cunoaștere. Geometric asemănător fizic

Inapoi inainte

Atenţie! Previzualizările diapozitivelor au doar scop informativ și este posibil să nu reprezinte toate opțiunile de prezentare. Dacă sunteți interesat de această lucrare, vă rugăm să descărcați versiunea completă.

Obiective:

• să formeze în rândul elevilor conceptul de modelare ca metodă de cunoaștere;
• luați în considerare diferite clasificări ale modelelor;
• să formeze la elevi conceptul de „model”, „modelare”, „scopul modelării”, „formalizare”;
• învață elevii să descrie modele informaționale.

Cerințe pentru cunoștințe și abilități:

• Elevii ar trebui să știe:
  • concepte de bază de „model”, „modelare”, „formalizare”, „model informațional”;
  • tipuri de modele, clasificarea lor.
• Elevii ar trebui să fie capabili să:
  • oferiți exemple de modele diferite;
  • clasifică modelele în funcție de diverse caracteristici;
  • găsiți caracteristicile esențiale ale unui obiect în funcție de scopul modelării.

Software didactic pentru lecție: un proiector pentru prezentarea unei prezentări, un set de modele diferite (informații de diverse tipuri, materiale; mai multe modele ale unui obiect; modele create de elevi); prezentare pentru lecția „Clasificarea modelelor” ( Prezentare ), un puzzle de cuvinte încrucișate realizat în programul Hot Potatoes 6 ( Anexa 2 )

ÎN CURILE CLASURILOR

eu. Stabilirea obiectivelor lecției

1. O mașină electrică la standul expozițional, o frumusețe de televiziune care face reclame la diverse bunuri, un model de clădire, jucării moi pentru copii, o formulă matematică, teoria dezvoltării sociale - toate acestea sunt modele. Cum numiți concepte atât de diferite într-un singur cuvânt?

2. Există un număr mare de modele. Cum să le aranjezi „pe rafturi”? Cum se clasifică?

3. Cea mai completă reflectare a proprietăților esențiale ale unui obiect este posibilă cu ajutorul unui model informațional. Cum se construiește?

4. Care este gradul de necesitate a utilizării formalizării la descrierea modelelor informaționale?

II. Prezentarea de material nou

1. Introducerea conceptului de „model”

În activitățile sale, o persoană folosește foarte des modele, adică își creează o imagine a acelui obiect, fenomen sau proces cu care trebuie să lucreze (de-a face).

Model Este un fel de nou obiect simplificat care reflectă trăsăturile esențiale ale unui obiect, proces sau fenomen real.
Analiza modelului și observarea acestuia vă permit să cunoașteți esența unui obiect, proces, fenomen real, mai complex, numit prototip sau original.
Se poate pune întrebarea: de ce să nu investighezi originalul în sine și să nu construiești un model al acestuia?

Să numim mai multe motive (obiective) pentru care recurg la modele de construcție. ( Elevii ar trebui încurajați să ofere exemple.)

1. Salvați și predea informații despre obiectul observat (reportaj foto, desen, harta zonei etc.)
2. Spectacol cum va arăta un obiect care nu există încă (mașină etc.).
3. Explora sau a trăi pe model, funcționarea viitorului produs, dacă testarea obiectului original este costisitoare, periculoasă sau imposibilă (medicină, aviație, spațiu etc.)
4. În timp real, originalul poate să nu mai existe sau să nu mai existe în realitate (teoria dispariției dinozaurilor, teoria morții Atlantidei, modelul „Iarnii nucleare”...)
5. Un original poate avea multe proprietăți și relații. Pentru a studia în profunzime o anumită proprietate, uneori este util să renunțăm la cele mai puțin esențiale, fără a le ține cont deloc (o hartă a zonei, modele de organisme vii...)
6. Originalul este fie foarte mare, fie foarte mic (glob, model al sistemului solar, model al atomului...)
7. Procesul decurge foarte repede sau foarte lent (model de motor cu ardere interna, modele geologice)

Modelare Este procesul de construire a modelelor pentru studiul și studiul obiectelor, proceselor, fenomenelor.

Ce poate fi simulat? (Rugați elevii să încerce să răspundă la această întrebare singuri.)

Poti modela:

1. Obiecte.

Iată câteva exemple de modele de obiecte:

• copii ale structurilor arhitecturale;
• copii ale operelor de artă;
• ajutoare vizuale;
• un model al atomului de hidrogen sau al sistemului solar;
• glob;
• un model care arată haine;
• Jucării pentru copii;
• etc.

2. Fenomene

Exemple de modele de fenomene:

• modele de fenomene fizice: descărcarea fulgerului, forțele magnetice și electrice ...;
• modele geofizice: model de flux de noroi, model de cutremur, model de alunecare de teren...

3. Procese

Exemple de modele de proces:

• model de dezvoltare a universului;
• modele de procese economice;
• modele de procese ecologice...

4. Comportament

Când o persoană realizează orice acțiune, de obicei este precedată de apariția în mintea sa a unui model de comportament viitor. Fie că are de gând să construiască o casă sau să rezolve o problemă, să traverseze strada sau să plece într-o drumeție - cu siguranță își imaginează mai întâi toate acestea în minte. Aceasta este principala diferență dintre un om gânditor și toate celelalte ființe vii de pe pământ.
Unul și același obiect în situații diferite, în științe diferite, poate fi descris prin modele diferite. De exemplu, luați în considerare obiectul „persoană” din punctul de vedere al diferitelor științe:

• în mecanică, o persoană este un punct material;
• în chimie, este un obiect format din diverse substanțe chimice;
• în biologie, este un sistem care luptă spre autoconservare;
• etc.

Pe de altă parte, diferite obiecte pot fi descrise de un model. De exemplu, în mecanică, diferite obiecte materiale de la un grăunte de nisip până la o planetă sunt considerate puncte materiale.

Astfel, nu contează deloc ce obiecte sunt alese ca simulatoare. Este important doar ca cu ajutorul lor să fie posibilă reflectarea celor mai esențiale trăsături ale obiectului, fenomenului sau procesului studiat. Modelarea este o metodă de cunoaștere științifică a lumii obiective folosind modele.

2. Clasificarea modelelor

Deci, așa cum tocmai am văzut, există o mulțime de obiecte pentru modelare. Și pentru a naviga în diversitatea lor, este necesar să clasificăm toate acestea, adică să ordonăm, să sistematizam într-un fel.

La clasificarea obiectelor în funcție de grupuri „înrudite”, este necesar să selectați corect un anumit atribut unic (parametru și apoi să combinați acele obiecte pentru care acesta coincide). Să luăm în considerare cele mai comune caracteristici după care pot fi clasificate modelele. ( Însoțit de prezentarea unei prezentări, cu o analiză detaliată a exemplelor date în ea).

I. Luând în considerare factorul timp:

• dinamic;
• static.

II. După domeniul de utilizare:

• educational;
• cu experienta;
• jocuri de noroc;
• științifice și tehnice;
• imitaţie.

III. După domeniul de expertiză:

• matematic;
• chimic;
• fizic;
• geografic;
• etc.

IV. Prin implementare:

• calculator;
• non-calculator.

V. Pe cale de prezentare:

• material;
• informație
• verbal;
• grafic;
• matematic;
• tabular;
• special.

Se numește procesul de construire a modelelor informaționale folosind limbaje formale (matematice, logice etc.). FORMALIZARE
O definiție mai completă a formalizării este reducerea (reducerea) proprietăților și caracteristicilor esențiale ale obiectului modelării la forma selectată.

Formele de prezentare a modelului informaţional pot fi: descriere verbală, tabel, diagramă, desen, formulă, algoritm, program de calculator etc.

III. Consolidarea trecutului.

Pentru a consolida materialul, se propune o mică sarcină:

1 sarcină - din 10 întrebări se calculează pentru aproximativ 15 minute. Este permisă utilizarea prezentării, lucrul la computer. Completați răspunsurile într-un caiet sau pe o foaie separată conform eșantionului propus ( Anexa 1 ))

2 sarcină - rezolvarea unui puzzle de cuvinte încrucișate la computer este oferită studenților dacă au finalizat o sarcină înainte de program și au trecut-o. Nivelul elevilor este diferit și, pentru a nu pierde timpul, elevii mai puternici pot începe să rezolve singuri cuvintele încrucișate. Această sarcină este apoi, după ce toți ceilalți elevi au promovat lucrările de test, acestea sunt verificate și efectuate împreună cu alții. Înainte de verificarea comună, trebuie să parcurgeți și să vedeți gradul de rezolvare, în cazul în care mai mult de 85% din cuvintele încrucișate a fost rezolvată, recompensați cu o evaluare. Pentru a verifica, puteți fie să spuneți toate opțiunile de răspuns, fie să demonstrați cuvintele încrucișate finalizate prin proiector. ( Anexa 2 )

Cuvânt încrucișat pe tema „Modeling”

Orizontal:

2. Denumirea generală a modelelor, care reprezintă o colecție de informații utile și necesare despre un obiect (informațional)
3. Denumirea generală a modelelor care reproduc aspectul, structura obiectului (materialului) modelat
5. Descrierea modelului folosind un limbaj formal (formalizare)
6. Modele care vă permit să vedeți schimbarea unui obiect în timp (dinamic)
8. Modelele de acest tip imită realitatea cu diferite grade de acuratețe (imitație)
9. Un exemplu de primul model grafic (poza)
10. Model informativ, format din rânduri și coloane (tabel)
11. Instrument pentru modelare pe computer (computer)
12. Un obiect grafic format din vârfuri conectate prin linii (graf)
14. Copii reduse sau mărite ale obiectului proiectat. Aceste modele sunt folosite pentru a studia obiectul și pentru a prezice caracteristicile sale viitoare (experimentale)
15. Un obiect creat artificial care reproduce structura și proprietățile obiectului investigat (model)

Vertical:

1. Construirea modelelor pentru studiul și studiul obiectelor, proceselor, fenomenelor (modelare)
4. Aceste modele reprezintă o porțiune unică de informații despre obiect (static)
7. Aceste modele reprezintă descrieri în limbaje naturale în formă mentală sau vorbită (verbală)
13. Un exemplu de model matematic semnat (formulă)

IV. Rezumând

Evaluarea cunoștințelor elevilor. Discuție asupra temei studiate. Teme pentru acasă.

Literatură:

1. Makarova N.V. Informatica si TIC. Manual pentru clasele 8-9. - SPb .: Peter, 2008 .-- 160s.: Ill.
2. Sokolova O.L. Tutoriale universale despre informatică. Clasa 10. M .: VAKO, 2006 .-- 400 p.

Modelul este un concept științific general care înseamnă atât un ideal, cât și un obiect fizic de analiză. O clasă importantă de modele ideale este un model matematic - în el fenomenul sau procesul studiat este prezentat sub formă de obiecte abstracte sau cele mai generale legi matematice care exprimă fie legile naturii, fie proprietățile interne ale obiectelor matematice înseși, sau regulile raționamentului logic.

Granițele dintre modele de diferite tipuri sau clase, precum și atribuirea unui model unui anumit tip sau clasă, sunt cel mai adesea arbitrare. Luați în considerare cele mai comune semne după care sunt clasificate modelele:

· Scopul utilizării;

• domeniul de cunoaștere;
• factorul timp;
• mod de prezentare.

Modelele se disting în funcție de scopul utilizării educațional, experimental, de simulare, de joc, științific și tehnic.

Modelele se disting după domeniul de cunoaștere biologic, economic, istoric, sociologic etc.

Modelele sunt împărțite la factorul timp dinamicși static... Modelul static reflectă structura și parametrii obiectului, de aceea este numit și structural... Descrie un obiect la un anumit moment în timp, oferă o porțiune de informații despre el. Modelul dinamic reflectă procesul de funcționare a unui obiect sau modificările și dezvoltarea procesului la timp.

Orice model are un aspect specific, o formă sau mod de prezentare, ea întotdeauna din cevași oarecum realizate sau prezentate și descrise. În această clasă, în primul rând, modelele sunt considerate tangibile și intangibile.

Modele de materiale Sunt copii materiale ale obiectelor de modelat.

Ele au întotdeauna o întruchipare reală, reproduc proprietăți externe sau structura internă sau acțiunile obiectului original. Exemple: un glob este un model al formei globului, o păpușă este un model al aspectului unei persoane, un robot este un model al acțiunilor umane în producție periculoasă. Modelarea materialului folosește o metodă experimentală (empirice) de cunoaștere.

Modelarea nematerială folosește metoda teoretică a cunoașterii. Ei o numesc altfel, abstract, ideal... Modelele abstracte, la rândul lor, sunt împărțite în imaginare și informaționale.

Model informativ Este o colecție de informații despre un obiect care descrie proprietățile și starea unui obiect, proces sau fenomen, precum și conexiuni și relații cu lumea exterioară.

Modelele informaţionale reprezintă obiecte sub formă de descrieri verbale, texte, figuri, tabele, diagrame, desene, formule etc. Modelul informațional nu poate fi atins, nu are o întruchipare materială, se bazează doar pe informații. Poate fi exprimat într-un limbaj de descriere (model de semne) sau limbaj de prezentare (model vizual).

Unul și același model se referă simultan la diferite clase de diviziune. De exemplu, programe imitând mișcarea corpurilor (mașină, proiectil, pendul, lift etc.). Astfel de programe sunt folosite în lecțiile de fizică ( domeniu de cunoaștere) cu obiective de învățare ( scopul utilizării). În același timp, sunt dinamic, deoarece țin cont de poziția corpului în diferite momente în timp și algoritmic pe calea implementării.

Să luăm în considerare mai detaliat clasa modelelor informaționale din punctul de vedere al modalităților de prezentare a informațiilor. Forma de prezentare a modelului informaţional depinde de metoda de codificare (alfabet) şi de mediul material.

Imaginar modelarea (mentală sau intuitivă) este o reprezentare mentală a unui obiect. Astfel de modele se formează în imaginația unei persoane și însoțesc activitatea sa conștientă. Ele preced întotdeauna crearea unui obiect material, material și model informațional, fiind una dintre etapele procesului de creație. De exemplu, o temă muzicală din creierul unui compozitor este un model intuitiv al unei piese muzicale.

Verbal modelarea (se referă la semn) este reprezentarea unui model informaţional prin intermediul unui limbaj natural vorbit (foneme). Modelul mental, exprimat într-o formă colocvială, se numește verbal (de la cuvântul latin verbalize - oral). Forma de prezentare a unui astfel de model este comunicarea orală sau scrisă. Exemple sunt operele literare, informațiile din manuale și dicționare, instrucțiuni de utilizare a dispozitivului, reguli de circulație.

Modelare vizuală (exprimată în limbajul de prezentare). Este o expresie a proprietăților originalului cu ajutorul imaginilor. De exemplu, desene, pânze de artă, fotografii, filme. În modelarea științifică, conceptele sunt adesea codificate prin desene - simbolic modelare. Aceasta include, de asemenea geometric modele - modele informative prezentate prin intermediul graficelor.

Semnează figurat modelarea folosește imagini simbolice de un fel: diagrame, grafice, desene, grafice, planuri, hărți (vezi Fig. 3). De exemplu, o hartă geografică, un plan de apartament, un arbore genealogic, o diagramă bloc a unui algoritm. Acest grup include modele de informații structurale create pentru a vizualiza componentele și relațiile obiectelor. Cele mai simple și comune structuri de informații sunt tabele, diagrame, grafice, diagrame bloc, arbori.

Semnat (simbol exprimat în limba descrierii) modelarea (Fig. 4) folosește alfabete ale limbajelor formale: semne convenționale, caractere speciale, litere, cifre și oferă un set de reguli de operare cu aceste semne. Exemple: sisteme de limbaj speciale, formule fizice sau chimice, expresii și formule matematice, notație muzicală etc. Un program scris după regulile unui limbaj de programare este un model de semne.

Una dintre cele mai comune limbaje formale este limbajul formulelor algebrice în matematică, care vă permite să descrieți relațiile funcționale dintre cantități. Întocmirea unui model matematic în multe probleme de modelare, deși o etapă intermediară, dar foarte esențială.

Model matematic- o modalitate de prezentare a unui model informativ, reflectând relația dintre diverși parametri ai unui obiect prin formule și concepte matematice.

În cazurile în care modelarea este axată pe studiul modelelor folosind un computer, una dintre etapele acestuia este dezvoltarea model de calculator.

Model de calculator- aceasta este o imagine virtuală creată în detrimentul resurselor informatice, reflectând calitativ și cantitativ proprietățile și conexiunile interne ale obiectului modelat, transmițând uneori caracteristicile sale externe.

Un model de calculator este un model material care reproduce aspectul, structura sau acțiunea unui obiect modelat prin intermediul semnalelor electromagnetice. Dezvoltarea unui model computerizat este precedată de modele mentale, verbale, structurale, matematice și algoritmice.

Lectura "Forme de reprezentare a modelelor. Formalizarea."

Semne ale clasificării modelelor:

1) - după domeniul de utilizare;

2) - prin factorul timp;

3) - după ramura de cunoaștere;

4) - după forma de prezentare.

1) Clasificarea modelelor în funcție de domeniul de utilizare:

Modele de instruire- folosit la antrenament. Acestea pot fi ajutoare vizuale, diverse simulatoare, programe de antrenament.

Modele cu experiență- acestea sunt copii reduse sau mărite ale obiectului proiectat. Folosit să cerceteze și să prezică performanța sa viitoare.

De exemplu, un model de navă este investigat într-o piscină pentru a studia stabilitatea unei nave în timpul rulării, un model de mașină este „suflat” într-un tunel de vânt pentru a studia raționalizarea caroseriei, un model de structură este folosit pentru a lega o clădire de o anumită zonă , etc.

Modele științifice și tehnice - sunt create pentru studiul proceselor si fenomenelor. Aceste modele includ, de exemplu, un dispozitiv pentru primirea unei descărcări electrice de fulger sau un suport pentru testarea televizoarelor.

Model de jocși - acestea sunt jocuri militare, economice, sportive, de afaceri. Aceste modele, parcă, repetă comportamentul obiectului în diverse situații, jucându-le ținând cont de posibila reacție a unui concurent, aliat sau adversar. Cu ajutorul modelelor de joc, puteți oferi asistență psihologică pacienților, puteți rezolva situații conflictuale.

Modele de simulare nu reflectă cu ușurință realitatea cu diferite grade de acuratețe, ci o imită. Experimentele cu modele sunt efectuate cu date inițiale diferite. Pe baza rezultatelor studiului se trag concluzii. Această metodă de a găsi soluția potrivită se numește încercare și eroare. De exemplu, pentru a identifica efectele secundare ale medicamentelor, acestea sunt testate într-o serie de experimente pe animale.

2) Clasificarea modelelor după factorul timp:

Static- modele care descriu starea sistemului la un anumit moment în timp (o tăietură unică a informațiilor asupra unui obiect dat). De exemplu, examinarea studenților într-o clinică dentară dă starea dinților lor la un moment dat: raportul dintre lapte și permanent, prezența plombelor, defecte etc.

Dinamic- modele care descriu procesele de schimbare și dezvoltare a sistemului (modificări ale obiectului în timp). Exemple: descrierea mișcării corpurilor, dezvoltarea organismelor, procesul reacțiilor chimice.

La construirea unei case, se calculează rezistența fundației, a pereților, a grinzilor și a rezistenței acestora la sarcină constantă. Acesta este un model static al unei clădiri. Dar este necesar să se asigure și rezistență la vânt, mișcarea apelor subterane, vibrații seismice și alți factori care se modifică în timp. Aceste întrebări pot fi rezolvate folosind modele dinamice.

Astfel, unul și același obiect poate fi caracterizat atât printr-un model static, cât și printr-un model dinamic.

3) Clasificarea modelelor pe industrie

Aceasta este o clasificare în funcție de ramura activității umane: matematică, biologică, chimică, socială, economică, istorică etc.

4) Clasificarea modelelor după forma de prezentare:

Toate modelele pot fi împărțite în două clase mari: modele de subiecte (materiale).și modele informaţionale.

MaterialModelele (subiecte) au întotdeauna o întruchipare reală. Ele reflectă proprietatea externă și structura internă a obiectelor originale, esența proceselor și fenomenelor obiectului original. Este o metodă experimentală de a învăța despre mediu.

În procesul de învățare sunt utilizate pe scară largă următoarele modele: un glob (geografie), manechine (biologie), modele de rețele cristaline (chimie) etc.

Exemple: jucării pentru copii, schelet uman, animal de pluș, model de sistem solar, manuale școlare, experimente fizice și chimice.

Modele de informare - informații selectate intenționat despre un obiect, care reflectă proprietățile acestui obiect cele mai esențiale pentru un cercetător.

După gradul de formalizare modelele informaţionale sunt semn figuratși simbolic.

Un exemplu izbitor de model figurativ-simbolic este harta geografică. Culoarea și forma continentelor, oceanelor, munților reprezentați pe hartă leagă imediat gândirea imaginativă. Puteți evalua imediat relieful după culoarea de pe hartă. De exemplu, o persoană asociază apa cu albastru, o pajiște înflorită și o câmpie cu verdele. Harta este plină de legende. Cunoscând acest limbaj, o persoană poate obține informații fiabile despre obiectul de interes. Modelul informațional în acest caz va fi rezultatul înțelegerii informațiilor obținute cu ajutorul simțurilor și a informațiilor codificate sub formă de imagini convenționale.

Același lucru se poate spune despre pictură. Un privitor neexperimentat va percepe imaginea cu sufletul sub forma unui model figurativ. Dar există câteva limbaje artistice care corespund diverselor genuri și școli de pictură: combinația de culori, natura pensulei, modalitățile de transmitere a aerului, volumului etc. Este mai ușor pentru o persoană care cunoaște aceste convenții să înțeleagă ce artistul a avut în vedere, mai ales dacă opera nu se referă la realism. În acest caz, percepția generală a imaginii (modelul informațional) va fi rezultatul înțelegerii informațiilor atât sub formă figurativă cât și simbolică.

Un alt exemplu de astfel de model este fotografia. Camera vă permite să obțineți o imagine a originalului. De obicei, fotografia ne oferă o idee destul de exactă a aspectului unei persoane. Există câteva semne (înălțimea frunții, poziția ochilor, forma bărbiei), prin care experții pot determina caracterul unei persoane, tendința sa la anumite acțiuni. Acest limbaj special se formează din informațiile acumulate în domeniul fizionomiei și experienței personale. Medicii cunoscători, care se uită la o fotografie a unui străin, vor vedea semne ale anumitor boli. După ce au stabilit obiective diferite, din aceeași fotografie pot fi obținute diferite modele de informații. Acestea vor fi rezultatul prelucrării informațiilor figurative obținute atunci când se uită la o fotografie și a informațiilor formate pe baza cunoașterii unui limbaj profesional special.

După forma de reprezentare a modelelor figurativ-simbolice, se pot distinge următoarele grupuri între ele:

Modele geometrice care reflectă aspectul originalului (desen, pictogramă, desen, plan, hartă, imagine volumetrică);

Modele structurale care reflectă structura obiectelor și relația dintre parametrii acestora (tabel, grafic, diagramă, diagramă);

Modele verbale fixate (descrise) prin intermediul limbajului natural;

Modele algoritmice care descriu succesiunea acțiunilor.

Modelele emblematice pot fi împărțite în următoarele grupuri:

Modele matematice reprezentate prin formule matematice care reflectă relația dintre diverși parametri ai unui obiect, sistem sau proces;

Modele speciale prezentate în limbi speciale (note, formule chimice etc.);

Modele algoritmice reprezentând un proces ca un program scris într-un limbaj special.

Forme de prezentare a modelelor. Formalizarea

Modele materiale și modele informaționale.

Toate modelele pot fi împărțite în două clase mari: modele subiect (material) si modele informație... Modelele de obiecte reproduc proprietăți geometrice, fizice și alte proprietăți ale obiectelor sub formă materială (glob, manechine anatomice, modele de rețele cristaline, modele de clădiri și structuri etc.).

Modelele informaționale reprezintă obiecte și procese în figurativ sau formă iconică.

Modelele figurative (desene, fotografii etc.) sunt imagini vizuale ale obiectelor înregistrate pe orice suport (hârtie, fotografie și film etc.). Modelele informaționale figurative sunt utilizate pe scară largă în educație (rețineți afișele educaționale pe diverse subiecte) și științe, unde obiectele trebuie clasificate în funcție de caracteristicile lor externe (în botanică, biologie, paleontologie etc.).

Modelele de informații semnate sunt construite folosind diferite limbi (sisteme de semne). Un model de informații despre semne poate fi reprezentat sub formă de text (de exemplu, un program într-un limbaj de programare), o formulă (de exemplu, a doua lege a lui Newton F = m × a), un tabel (de exemplu, tabelul periodic al elemente ale lui DI Mendeleev) și așa mai departe.

Uneori, atunci când se construiesc modele de informații despre semne, mai multe limbi diferite sunt folosite simultan. Exemple de astfel de modele sunt hărțile geografice, graficele, diagramele etc. În toate aceste modele, atât limbajul elementelor grafice, cât și limbajul simbolic sunt folosite simultan.

De-a lungul istoriei sale, omenirea a folosit diverse metode și instrumente pentru a crea modele de informații. Aceste metode au fost îmbunătățite constant. Așadar, primele modele informaționale au fost create sub formă de picturi pe rocă, dar acum modelele informaționale sunt de obicei construite și studiate folosind tehnologii informatice moderne.

Limbile naturale sunt folosite pentru a crea modele informative descriptive... În istoria științei sunt cunoscute numeroase modele de informații descriptive; de exemplu, modelul heliocentric al lumii al lui Copernic a fost formulat după cum urmează:

Pământul se învârte în jurul axei sale și în jurul soarelui;

Orbitele tuturor planetelor se învârt în jurul Soarelui.

Limbajele formale sunt folosite pentru a construi modele informaţionale formale(matematice, logice etc.). Una dintre cele mai utilizate limbaje formale este matematica. Se numesc modele construite folosind concepte și formule matematice modele matematice... Limbajul matematicii este o colecție de limbaje formale. Cu unele dintre ele (algebră, geometrie, trigonometrie) te vei familiariza la școală, cu altele (teoria mulțimilor, teoria probabilităților etc.) te vei putea familiariza în procesul de educație ulterioară.

Limbajul algebrei permite formalizarea relațiilor funcționale dintre cantități. Astfel, Newton a oficializat sistemul heliocentric al lumii descoperind legile mecanicii și legea gravitației universale și notându-le sub formă de dependențe funcționale algebrice. La cursul de fizică școlară sunt luate în considerare multe dependențe funcționale diferite, exprimate în limbajul algebrei, care sunt modele matematice ale fenomenelor sau proceselor studiate.

Limbajul algebrei logicii (algebra propozițiilor) permite construirea modele logice formale... Cu ajutorul algebrei propoziționale, este posibilă formalizarea (scrierea sub formă de expresii logice) propoziții simple și complexe exprimate în limbaj natural. Construirea modelelor logice vă permite să rezolvați probleme logice, să construiți modele logice ale dispozitivelor computerizate (adăugător, declanșator) și așa mai departe.

În științele naturii (fizică, chimie etc.), se construiesc modele formale de fenomene și procese. În cele mai multe cazuri, limbajul matematic universal al formulelor algebrice este folosit pentru aceasta. Cu toate acestea, în unele cazuri, sunt folosite limbaje formale specializate (în chimie - limbajul formulelor chimice, în muzică - notație muzicală etc.).

În procesul de cunoaștere a lumii înconjurătoare, umanitatea folosește în mod constant modelarea și formalizarea. Când se studiază un obiect nou, mai întâi, modelul său de informații descriptive este de obicei construit într-un limbaj natural, apoi este formalizat, adică exprimat folosind limbaje formale (matematică, logică etc.).

Vizualizarea modelelor formale

De-a lungul istoriei sale, omenirea a folosit diverse metode și instrumente pentru a crea modele de informații. Aceste metode au fost îmbunătățite constant. Astfel, au fost create primele modele informaționale sub formă de picturi pe rocă. În prezent, modelele de informații sunt de obicei construite și cercetate folosind tehnologia computerizată modernă.

În procesul de studiu a modelelor formale, acestea sunt adesea vizualizate. Pentru vizualizarea algoritmilor se folosesc diagrame bloc: relații spațiale dintre obiecte - desene, modele de circuite electrice - circuite electrice, modele de dispozitive logice - circuite logice etc.

Deci, atunci când se vizualizează modele fizice formale cu ajutorul animației, dinamica procesului poate fi afișată, grafice ale modificărilor cantităților fizice pot fi reprezentate grafic și așa mai departe. Modelele vizuale sunt de obicei interactive, adică cercetătorul poate modifica condițiile și parametrii inițiali ai proceselor și poate observa schimbări în comportamentul modelului.

Modele informative descriptive. Astfel de modele prezintă obiecte, procese și fenomene. calitativ, adică nefolosind caracteristici cantitative. Modelele de informații descriptive sunt de obicei construite folosind limbi naturaleși desene. În istoria științei sunt cunoscute numeroase modele de informații descriptive. Astfel, modelul heliocentric al lumii în limbaj natural al lui Copernic a fost formulat după cum urmează: - Pământul se învârte în jurul Soarelui, iar Luna se învârte în jurul Pământului; Toate planetele se învârt în jurul soarelui. Cu toate acestea, modul în care este prezentat sub forma unei imagini este mai vizual.

Modelele vizuale interactive pe computer sunt acum utilizate pe scară largă. În astfel de modele, cercetătorul poate modifica condițiile și parametrii inițiali ai proceselor și poate observa schimbări în comportamentul modelului.

Teme pentru acasă - note

Baza metodologică pentru modelare. Tot ceea ce are ca scop activitatea umană se numește obiect(lat. obiecţie- articol). Dezvoltarea unei metodologii aici are ca scop eficientizarea primirii și procesării informațiilor despre obiectele care există în afara conștiinței noastre și interacționează între ele și mediul extern.

Un obiect- o parte din lumea înconjurătoare, considerată de o persoană ca întreg.

Nume - aceasta este principala caracteristică care vă permite să distingeți un obiect de altul. În viața de zi cu zi, este folosit denumirea comună , desemnând obiecte cu caracteristici asemănătoare: cameră, câine, râu, cântec. Multe obiecte, pentru a le concretiza, sunt date Denumirea corectă .

Distinge un obiectși o instanță specifică a unui obiect... Obiectul este caracterizat printr-un nume și parametri fără a specifica valori specifice. O instanță are anumite valori ale parametrilor, poate avea propriul nume și acesta diferă de alte obiecte similare acesteia.

miercuri - conditiile de existenta a obiectului. Mediul de existență a obiectului afectează obiectul însuși.

În cercetarea științifică, joacă un rol important ipoteze, adică anumite predicții bazate pe o cantitate mică de date experimentale, observații, presupuneri. O testare rapidă și completă a ipotezelor prezentate poate fi efectuată în cursul unui experiment special conceput. În formularea și testarea corectitudinii ipotezelor, analogia este de mare importanță ca metodă de judecată.

Prin analogie numiți o judecată cu privire la orice similaritate particulară a două obiecte și o astfel de asemănare poate fi semnificativă și nesemnificativă. Conceptele de materialitate și nesemnificație a asemănării sau deosebirii obiectelor sunt condiționate și relative. Semnificația asemănării (diferenței) depinde de nivelul de abstractizare și, în cazul general, este determinată de scopul final al cercetării care se desfășoară.

Ipotezele și analogiile ar trebui să fie clare sau reduse la scheme logice convenabile pentru cercetare; astfel de scheme logice care simplifică raționamentul și construcțiile logice sau permit experimente pentru a clarifica natura fenomenelor se numesc modele . Cu alte cuvinte, model (lat. modulul- măsura) este un obiect substitut pentru obiectul original, care asigură studiul unora dintre proprietățile originalului.

Întreaga varietate de modele este împărțită în trei clase:

material (natural) modele (unele obiecte reale - modele, manechine, standarde)- copii reduse sau mărite care reproduc aspectul obiectului modelat, structura acestuia (glob, model cu rețea cristalină) sau comportament (model de aeronavă radiocontrolată, bicicletă de exerciții);

imaginar model (punct geometric, pendul matematic, gaz ideal, infinit);

informație modele - descrieri ale obiectului modelat într-unul din limbajele de codificare a informațiilor (descriere verbală, diagrame, desene, hărți, desene, formule științifice, programe etc.).

Definiţia modeling. Se numește înlocuirea unui obiect cu altul pentru a obține informații despre cele mai importante proprietăți ale obiectului original folosind obiectul model modelare.

Modelarea este reprezentarea unui obiect de către un model pentru a obține informații despre acel obiect prin experimentarea cu modelul său. Teoria înlocuirii unor obiecte (originale) cu alte obiecte (modele) și studierii proprietăților obiectelor pe modelele lor se numește teoria modelării.

Orez. Schema generală de modelare

În procesul de modelare, fiecare aspect al modelării este dezvăluit printr-un set de proprietăți. Nu toate se reflectă în modele proprietățile obiectului, doar daca semnificative din punct de vedere al scopului modelării .

Fiecare aspect al modelării este caracterizat de propriul set de proprietăți:

aspect - un set de caracteristici;

structura - o listă de elemente și o indicație a relației dintre ele;

comportament – ​​modificări ale aspectului și structurii în timp.

Unele proprietăți ale obiectului modelării pot fi exprimate în cantități care iau valori numerice. Astfel de valori sunt numite parametrii modele.

Ţintă modelarea apare atunci când subiectul modelării rezolvă sarcina cu care se confruntă, și depinde atât de problema care se rezolvă, cât și de subiectul de modelare. Rezultă că scopul modelării are o dublă natură: pe de o parte, este obiectiv, deoarece rezultă din sarcina de cercetare, pe de altă parte, este subiectiv, întrucât cercetătorul îl corectează întotdeauna în funcție de experiență, interese, motive de activitate.

Să ne uităm la câteva exemple. In poze

Subiect de modelare - un arhitect, de exemplu.

Problema de simulare - să proiecteze o casă confortabilă pentru familia clientului, ale cărei costuri de proiectare și construcție nu vor depăși suma specificată.

Obiect de simulare - acele case pe care arhitectul le-a vazut cu ochii sau si le-a imaginat. Sarcina cu care se confruntă arhitectul ca subiect de modelare se concretizează în obiective modelare: pentru a dezvolta un proiect de casă care să mulțumească clientul, să reflecte preferințele profesionale ale arhitectului însuși și estimarea de cost pentru implementarea căruia ar satisface anumite restricții.

Pentru un obiect, un subiect poate construi mai multe modele dacă rezolvă probleme diferite care conduc la scopuri diferite de modelare (Fig. 2).

Pentru un obiect, diferiți subiecți pot construi modele diferite, chiar dacă au aceeași sarcină de modelare. Alegerea tipului de model și construcția acestuia depinde de cunoștințele, experiența, preferințele, interesele personale ale subiectului (Fig. 3, 4).

Orez. 1. O diagramă care arată dependența scopului modelării de problema rezolvată și subiectul modelării	Orez. 2. O diagramă care arată că pentru un obiect un subiect poate construi mai multe modele
Orez. 3. Diagrama care demonstrează că diferiți subiecți pot construi modele diferite pentru un obiect	Orez. 4. Diagrama care arată că diferiți subiecți construiesc, de regulă, modele diferite ale aceluiași obiect

Diferite obiecte pot avea același tip de model, chiar dacă au fost construite de subiecți diferiți pe baza unor obiective diferite de modelare.

Distingeți modelarea aspect, modelare structurilorși modelare comportament.

Aspect de modelare obiectul este folosit pentru:

Identificarea (recunoașterea) obiectului;

Stocarea pe termen lung a imaginii.

Modelare structurală obiectul este folosit pentru:

Reprezentarea ei vizuală;

Studierea proprietăților unui obiect;

Dezvăluirea conexiunilor semnificative;

Studierea stabilității obiectului.

Modelarea comportamentului se aplică atunci când:

planificare, prognoza;

stabilirea de legături cu alte obiecte;

identificarea relațiilor cauzale;

management;

proiectarea dispozitivelor tehnice etc.

Structura obiectului - un ansamblu al elementelor sale și a legăturilor existente între ele.

Descrierea structurii- enumerarea constituentului elemente obiect şi indicaţie conexiuniîntre ele. În limbaj, aceste elemente și conexiuni sunt adesea exprimate prin substantive: electron, proton, neutron, forță de atracție (conexiune), nivel de energie (când se descrie un atom).

Modelarea structurii unui obiect este necesară pentru:

Reprezentarea ei vizuală

Studierea proprietăților unui obiect,

Dezvăluind conexiuni semnificative,

Studierea stabilității obiectului etc.

Comportamentul obiectului numiți schimbările care îi apar în timp. Descrierea comportamentului un obiect se reduce la a-și descrie aspectul și structura în timp ca urmare a interacțiunii cu alte obiecte.

Rolul epistemologic al teoriei modelării

GNOSEOLOGIA (greacă gnoză - cunoaștere, logos - predare) este o disciplină filozofică angajată în cercetare, critică și teorii ale cunoașterii - teoria cunoașterii ca atare.

Modelare- principiul conducător al cunoaşterii ştiinţifice moderne. O persoană nu poate vedea subiectul cunoașterii ca un întreg, în toate manifestările sale. Prin urmare, el își limitează pretențiile și caută să cunoască orice latură a acestui subiect, în funcție de sarcina cu care se confruntă persoana.

Cu toate acestea, este posibil, folosind modelarea, să evidențiem trăsăturile comune care sunt inerente modelelor de obiecte din lumea reală care sunt diferite în natură. Acest lucru comun este prezența unora structurilor(static sau dinamic, material sau mental), care este similar cu structura obiectului dat.

Modelarea se bazează pe principiile generale ale cunoștințelor științifice:

Principiul reducționismului - capacitatea de a reduce din mai complex la mai simplu. Aceasta înseamnă că studierea a ceva mai simplu poate spune ceva despre obiectul în sine.

Principiul evoluției - toate formele superioare s-au dezvoltat treptat din formele inferioare. Aceasta înseamnă că, prin analizarea comportamentului formelor inferioare, este posibil să se prezică comportamentul formelor superioare.

Principiul raționalității , care afirmă că obiectele lumii reale pot fi cunoscute folosind logica și matematica.

Dacă rezultatele simulării sunt confirmate și pot servi drept bază pentru prezicerea proceselor care au loc în obiectele studiate, atunci ei spun că modelul este adecvat obiectului. în care adecvarea modelul depinde de scopul simulării și de criteriile adoptate.

Adecvarea presupune reproducerea de către model cu completitatea necesară a tuturor caracteristicilor obiectului care sunt esenţiale în scopul modelării.

Pentru stabilirea adecvării în cazul modelelor constructive, inclusiv informaţionale, este necesar să se formuleze scopul modelării şi să se clarifice care aspect al obiectului studiat (aspect, structură sau comportament) prezintă interes în acest caz.

Dacă observatorul este disponibil diferite modele de obiecte , dar obiectul în sine nu este disponibil, poate compara modelele disponibile și evidenția unele momente invariante (prezente în toate modelele) care pot fi atribuite obiectului însuși cu un grad ridicat de certitudine.

Doar daca un model , întrebarea adecvării sale la obiect este luată pe baza următoarelor prevederi științifice fundamentale:

consistenta : adevărul simultan al enunțului (A) și al afirmației care îl contrazice (nu A) este imposibil;

legea motivului suficient : „... nici un singur fenomen nu se poate dovedi adevărat sau real, nici o singură afirmație nu poate fi adevărată fără un motiv suficient pentru care acesta este cazul și nu altfel...” (G.V. Leibniz);

legea conservării energiei : energia câmpului + energia obiectului = constantă.

legea de conservare a materiei : materia nu dispare nicaieri si nu apare de nicaieri, doar trece de la o stare la alta;

proprietatea de simetrie : dacă orice stare sau proces are loc în natură, atunci există o stare sau un proces inversat în timp, care poate fi realizat și în natură.

În plus, adecvarea modelului este evaluată pe baza principii euristice generale :

Principiu tu doar ;

principiul" lene „(În comunicare);

Principiu estetică ;

Principiu conformitate : dacă specificați corect un model adecvat sau domeniul de aplicare al unui model adecvat, rezultatul va fi un model adecvat.