В общенаучном модельном подходе, который дает методологическую ориентировку и направленность в изучении объектов с акцентом на общенаучную категорию «модель» как принцип, руководящий общей стратегией исследования, был выделен ряд ключевых моментов:
1. Указаны ситуации, когда прямое манипулирование с оригиналом крайне затруднено, неэффективно или вообще невозможно и поэтому необходим переход к моделированию.
2. Приведено понятие обобщенной модели (модели в общем смысле) с необходимыми характеристиками.
3. Указаны структура модели, условия ее адекватности задачам моделирования; формы представления моделей (концептуальных, знаковых и материальных); ограничения и допущения, вводимые в модель и др.
4. Для общей ориентировки в модельном подходе приведена опорная классификация моделей и моделирования по классам задач, классам объектов, по форме представления информации (виды материальных и идеальных моделей) (См.: Модельный подход).
Выбранный модельный подход далее конкретизируется в методе и процессе моделирования.
|
|
Моделuрованuе (лат. - мера, величина, способ) - метод научного исследования, позволяющий на основе определенных познавательных задач и теоретических установок создавать и изучать модели объекта (оригинала).
Изучая модель с помощью специфических методов, получают определенное знание о модели, которое затем переносят на объект-оригинал. Основанием для переноса информации, полученной в результате исследования модели на оригинал, т.е. основанием для моделирования являются следующие условия:
1. В соответствии с условиями задачи модель воспроизводит важные, существенные признаки.
2. Модели способны замещать оригинал в определенных отношениях, т.е. в соответствии с их классификацией.
3. Полученная модельная информация допускает опытно-экспериментальную проверку.
4. Разработаны четкие правила интерпретации - перехода от модельной информации к информации об оригинале, или теория подобия.
5. Возможность использования логического вывода по аналогии.
Структура моделирования включает в себя следующие этапы:
1. Построение модели. Целью этого этапа является создание условий для полноценного замещения, оригинала объектом-посредником, воспроизводящим его необходимые параметры. При построении модели исходного объекта часто происходит его упрощение и вводятся некоторые допущения, идеализирующие ситуацию. Допущения и базирующиеся на них понятия могут быть высокого уровня абстрагирования, как, например, при математическом моделировании. Исходные допущения должны быть осознанными и обоснованными, поскольку неверные допущения приводят к серьезным искажениям при переносе информации на оригинал. В этой связи для принятой модели следует четко формулировать объем задач, которые будут решаться с ее помощью, а при необходимости - вводить корректировки.
|
|
2. Исследование модели. Целью этого этапа является получение необходимой информации о модели. Изучение модели, имеющей элементы неизвестного, ведется с той глубиной и детализацией, которая требуется для решения конкретной познавательной задачи. При этом исследователь может осуществлять наблюдения за поведением модели, проводить модельные эксперименты, измерять и сравнивать статические и динамические параметры или качественно описывать функционирование модели языком данной науки. В этой связи исследование вербальных, знаковых моделей, особенно в историко-философских науках, приобретает повышенный интерес. Здесь рассматривают модели, отображающие конкретные события и процесс прошлого, и модели, имитирующие возможные и нереализованные прошлом явления, что, в конечном итоге, расширяет возможность понимания исторических процессов. С этой целью разрабатываются методологические критерии реальности виртуальных сценариев.
3. Перенос, экстраполяция результатов моделирования на объект-оригинал, Опираясь на основания для моделирования и метод аналогии, к имеющимся знаниям об объекте добавляется информация, полученная после исследования модели. Приемлемость новых знаний оценивается, и, если их проверка не подтвердила ожидаемого соответствия, модель корректируется и становится вновь Предметом исследования. Физические модели, где соответствие в значительной степени задается заранее, не подлежат корректировке в процессе экспериментального исследования. Вместо этого ищут способ учесть характер различия между моделью и оригиналом. Для этой цели может понадобиться разработка теории, которая определяет систему правил переноса знаний с модели на оригинал.
В связи с расширением компьютеризации и усилением теоретизации науки физическое моделирование теряет свое ведущее значение, а актуальными становятся абстрактное, аналоговое и имитационное моделирование. Специфику этих видов моделирования можно охарактеризовать (см., например: Методы исследования и организация экспериментов. - Харьков, 2002. - С. 74-77) следующим образом:
Абстрактное моделирование основывается на возможности описания изучаемого явления (процесса) на языке некоторой научной теории, чаще всего на математическом. Вначале дают по возможности более четкое и однозначное описание того, что происходит, почему, при каких условиях возможен изучаемый процесс, т.е. строят информационную (описательную) модель процесса. Далее информационная модель переводится на математический язык - определяется логико-математическая модель, которая и исследуется как функционирующее явление. Так, например, моделируя некоторую систему автоматического управления, выделяют основные признаки каждого из ее элементов, не зависящие от особенностей конструкции, источников энергии и т.п. Эти признаки могут выражаться через константы, скорости и ускорения. Описав поведение каждого элемента Системы алгебраическими или дифференциальными уравнениями совместно с некоторыми ограничительными условиями, получают систему уравнений, которая и представляет собой абстрактную модель. Такая модель изоморфна (равна, подобна по форме) с конкретным классом реальных систем, которые, на первый взгляд, не имеют ничего общего между собой.
Аналоговое моделирование основывается на изоморфизме явлений, имеющих различную физическую природу, но описываемых одинаковыми математическими уравнениями. Так, например, с помощью электронных вычислительных машин (ЭВМ) моделируют динамические процессы в системах разнообразной физической природы, которые описываются теми же дифференциальными уравнениями, что и процессы в ЭВМ. Другим примером может служить изучение гидродинамического процесса с помощью исследования электрического поля. Оба эти явления описываются дифференциальным уравнением Лапласа в частных производных, решение которого обычными методами возможно только для частных случаев. Однако экспериментальное исследование электрического поля намного проще соответствующих исследований в гидродинамике.
|
|
Имитационное моделирование заключается в имитации на компьютере структуры и процесса функционирования исследуемого объекта. Здесь отсутствует детальное описание элементов системы, а протекающие в них процессы имитируются в интегрированном виде, позволяющем определить лишь основные данные, необходимые для принятия решений на более высоком уровне. Для работы с имитационной моделью в качестве исходной информации используют не только теоретические и экспериментальные данные, но и интуитивные, неформальные сведения об изучаемом процессе. Эта информация может быть получена как заранее, так и в процессе исследования. Поэтому неформальная (интуитивная) роль исследователя, работающего в режиме диалога с компьютером, в имитационном моделировании очень значительна.