9234
статей
1042
вибраних статей

Моделювання

Моделювання - метод дослідження об'єктів на їх моделях - аналогах певного фрагмента природної або соціальної реальності; побудова і вивчення моделей реально існуючих предметів, процесів або явищ з метою отримання пояснень цих явищ (органічних і неорганічних систем, інженерних пристроїв, різноманітних процесів - фізичних, хімічних, біологічних, соціальних) і конструйованих об'єктів. Моделювання необхідно також для передбачення явищ, які цікавлять дослідника.

Форма моделювання залежить від використовуваних моделей та сфери їх застосування. За характером моделей виділяють предметне і знакове (інформаційне) моделювання. При знаковому моделюванні моделями служать схеми, креслення і т. п. Найважливішим видом такого моделювання є математичне (логіко-математичне) моделювання. Можливість моделювання, тобто перенесення результатів, отриманих в ході побудови і дослідження моделей, на оригінал, заснована на тому, що модель у певному сенсі відображає (відтворює) які-небудь його сторони і передбачає наявність відповідних теорій або гіпотез. Моделювання завжди застосовується разом з іншими загальнонауковими і спеціальними методами; особливо тісно вона пов'язана з експериментом. Моделювання в навчанні має два аспекти: моделювання як зміст, який учні повинні засвоїти, і моделювання як навчальний дію, засіб навчання. За допомогою моделювання вдається звести вивчення складного до простого, невидимого і неощутимого до видимого й відчутного, незнайомого до знайомого. Система наукових моделей, апарат для їх дослідження, методика використання в практиці результатів дослідження входять до основи наук, які складають зміст навчального предмета. Моделювання об'єктів, які за своєю складністю або величиною не піддаються дослідженню і виготовлення в натурі,- складова частина технічної творчості дітей. В залежності від того, які властивості модельованого об'єкта обрані головними, один і той же об'єкт може бути представлений моделями різної конструкції. Так, при дослідженні фізичних процесів прагнуть до того, щоб за результатами дослідів на моделі можна було судити про явища, що відбуваються у природних умовах. Поряд з фізичним часто використовується математичне моделювання. Для вивчення складних систем, що самоорганізуються використовують кібернетичне моделювання: створюється функціональна модель, заснована на більш простих явища, що вивчається система. Широко застосовується моделювання на комп'ютерах.

Детальніше

Під моделюванням розуміється процеси як побудови, так і вивчення і застосування моделей. Воно тісно пов'язане з такими гносеологическими категоріями, як абстракція, аналогія, гіпотеза та іншими: процес моделювання обов'язково включає і побудова абстракцій, і умовиводи за аналогією, і конструювання наукових гіпотез. Тому природно поставити питання: чи є моделювання особливим методом наукового пізнання, не є воно синонімом процесу теоретичного дослідження або процесу пізнавальної діяльності взагалі?

Головна особливості моделювання в тому, що це метод опосередкованого пізнання за допомогою об'єктів-заступників - моделей.

Види моделювання

У силу багатозначності поняття «модель» в науці і техніці не існує єдиної класифікації видів моделювання: класифікацію можна проводити за характером моделей, по характеру модельованих об'єктів, сферам додатка моделювання (у техніці, фізичних науках, кібернетики тощо). Наприклад, можна виділити наступні види моделювання:

  • Комп'ютерне моделювання
  • Математичне моделювання
  • Математико-картографічне моделювання
  • Цифрове моделювання
  • Логічне моделювання
  • Психологічне моделювання
  • Статистичне моделювання
  • Структурне моделювання
  • Фізичне моделювання
  • Економіко-математичне моделювання
  • Імітаційне моделювання
  • Еволюційне моделювання
  • і т. д.

Моделі можуть бути технічними, логічними, математичними, кібернетичними. Математична модель являє собою вираз або формулу, яка включає змінні і відносини між ними, які відтворюють елементи і відносини в досліджуваному явищі. Технічне моделювання передбачає створення приладу або пристрою, за своєю дією нагадує те, що підлягає вивченню. Кібернетичне моделювання засноване на використанні як елементів моделі понять з області інформатики і кібернетики. Логічне моделювання засноване на ідеях і символіку, що застосовується в математичній логіці.

Процес моделювання

Процес моделювання включає три елементи:

  • суб'єкт (дослідник),

  • об'єкт дослідження,

  • модель, що визначає (відображає) відносини пізнає суб'єкта і пізнаваного об'єкта.

Перший етап побудови моделі припускає наявність деяких знань про об'єкт-оригіналі. Пізнавальні можливості моделі обумовлюються тим, що модель відображає (відтворює, імітує) які-небудь істотні риси об'єкта-оригіналу. Питання про необхідною і достатньою мірою подібності оригіналу і моделі вимагає конкретного аналізу. Очевидно, модель втрачає свій сенс як у випадку тотожності з оригіналом (тоді вона перестає бути моделлю), так і у випадку надмірного у всіх істотних відносинах відмінності від оригіналу. Таким чином, вивчення одних сторін модельованого об'єкта здійснюється ціною відмови від дослідження інших сторін. Тому будь-яка модель заміщає оригінал лише в строго обмеженому сенсі. З цього випливає, що для одного об'єкта може бути побудовано декілька «спеціалізованих» моделей, які концентрують увагу на певних сторонах досліджуваного об'єкта або ж характеризують об'єкт з різним ступенем деталізації.

На другому етапі модель виступає як самостійний об'єкт дослідження. Однією з форм такого дослідження є проведення «модельних» експериментів, при яких свідомо змінюються умови функціонування моделі і систематизуються дані про її «поведінці». Кінцевим результатом цього етапу є безліч (сукупність) знань про моделі.

На третьому етапі здійснюється перенесення знань з моделі на оригінал - формування множини знань. Одночасно відбувається перехід з «мови» моделі на мову оригіналу. Процес перенесення знань проводиться за певними правилами. Знання про моделі повинні бути скориговані з урахуванням тих властивостей об'єкта-оригіналу, які не знайшли відображення або були змінені при побудові моделі.

Четвертий етап - практична перевірка одержуваних з допомогою моделей знань та їх використання для побудови узагальнюючої теорії об'єкта, його перетворення або управління ним.

Моделювання - циклічний процес. Це означає, що за першим чотирьохетапний циклом може бути другий, третій і т. д. При цьому знання про досліджуваний об'єкт розширюються і уточнюються, а вихідна модель поступово вдосконалюється. Недоліки, виявлені після першого циклу моделювання, зумовлені малим знанням об'єкта або помилками в побудові моделі, можна виправити в наступних циклах.

Зараз важко вказати область людської діяльності, де не застосовувалися б моделювання. Розроблені, наприклад, моделі виробництва автомобілів, вирощування пшениці, функціонування окремих органів людини, життєдіяльності Азовського моря, наслідків атомної війни. В перспективі для кожної системи можуть бути створені свої моделі, перед реалізацією кожного технічного або організаційного проекту має проводитися моделювання.

Література і посилання