2020-07-12
196
Возрастающий интерес философии и методологии познания к теме моделирования был обусловлен тем значением, которое метод моделирования получил в современной науке, и в особенности в таких ее разделах, как химия, физика, биология, кибернетика, а также и многие технические науки.
Слово «модель» произошло от латинского слова «modelium», обозначает: мера, способ и т.д. Его начальное значение было связано со строительным искусством, и почти во всех европейских языках оно употреблялось для обозначения образа или вещи, которая сходна в каком-то отношении с другой вещью». Согласно мнениям многих исследователей (Веденов А. А., Кочергин А. Н., Штофф В. А.), модель использовалась сначала как изоморфная теория (две теории называются изоморфными, в случае, если они обладают структурным единством по отношению друг к другу)[6].
С другой стороны, в таких науках о природе, как астрономия, механика, физика термин «модель» стал употребляться для указания того, что она описывает. В. А. Штофф отмечает, что «здесь со словом «модель» связаны два близких, однако несколько различных понятия». Под моделью в широком смысле понимают мысленно или реально созданную структуру, воспроизводящую часть действительности в упрощенной и явной форме. Таковы, к примеру, представления Анаксимандра о Земле как плоском цилиндре, вокруг которого кружатся наполненные огнем полые трубки с отверстиями. Модель в этом смысле выступает как некоторая идеализация, упрощение действительности, хоть сам характер и степень упрощения, вносимые моделью, могут со временем меняться. В более узком смысле термин «модель» применяют тогда, когда хотят продемонстрировать какую-то область явлений при помощи другой, более изученной, легче понимаемой. Так, физики 18 века стремились изобразить оптические и электрические явления посредством механических явлений («планетарная модель атома» — строение атома изображалось как строение солнечной системы). Следовательно, в этих двух случаях под моделью понимается либо точный образ изучаемого предмета, в котором отражаются реальные или предполагаемые свойства. Или же другой объект, фактически существующий наряду с изучаемым и сходный с ним в отношении одних определенных качеств или структурных особенностей. В таком смысле модель — не теория, а то, что описывается данной теорией — самостоятельный объект данной концепции.
Умение работать со схемами и таблицами — метод изучения объектов познания на их моделях; построение и изучение моделей действительно существующих предметов и явлений (органических и неорганических систем, технических устройств, разных процессов — физических, химических, биологических, социальных) и конструируемых объектов для определения либо улучшения их характеристик, рационализации способов их построения, управления и т.п. Умение работать с моделями, в частности, со схемами и таблицами может быть:
- предметным (исследование основных геометрических, динамических, функциональных характеристик объекта на модели);
- физическое (воспроизведение физических процессов);
- предметно — математическое (исследование физического процесса путем опытного изучения каких-либо событий иной физической сущности, однако описываемых теми же математическими соотношениями, что и моделируемый процесс);
- знаковое (расчетное умение работать со схемами и таблицами, абстрактно — математическое).
Умение работать со схемами и таблицамиявляется важным средством экспериментального исследования.Рассмотрение конкретных моделей в качестве средств исследовательской деятельности вызывает необходимость узнать, чем отличаются те эксперименты, в которых применяются модели, от тех, где они не применяются. Превращение эксперимента в одну из основных фигур практики, происходившее параллельно с развитием науки, стало результатом с тех минут, как в производстве сделалось возможным широкое использование естествознания, что в свою очередь было продуктом первой индустриальной революции, открывшей эпоху автоматического производства. Специфика эксперимента как формы практической деятельности в том, что эксперимент выражает активное участие человека к действительности. Под экспериментом понимается род деятельности, предпринимаемой в целях научного знания, открытия объективных закономерностей и состоящий в воздействии на изучаемый объект (процесс) посредством специальных инструментов и приборов.
Для замены объекта моделью характерны следующие основные процедуры:
1) переход от натурального объекта к модели — построение модели (моделирование в настоящем смысле слова);
2) эмпирическое исследование модели;
3) переход от модели к натуральному объекту, состоящий в перенесении результатов, полученных при исследовании, на данный объект.
Модель входит в эксперимент, не только замещая объект изучения, она может заменять и условия, в которых изучается некоторый объект обычного эксперимента. Простой эксперимент предполагает существование теоретического момента лишь в исходный момент исследования — выдвижение гипотезы, ее оценку и т.д., а также на завершающей стадии — обсуждение и интерпретация полученных данных, их обобщение. В модельном эксперименте нужно также обосновать положение сходства между моделью и натуральным объектом и возможность экстраполировать на данный объект полученные данные. В.А. Штофф в своей книге «Моделирование и философия» говорит о том, что теоретической основой модельного экспериментаявляется концепция подобия [25]. Она дает правила моделирования для случаев, когда модель и натура обладают общей (или примерно одинаковой) физической природой. Однако в данный момент практика моделирования вышла за рамки сравнительно ограниченного круга механических явлений. Возникающие математические модели, которые отличаются по своей материальной природе от моделируемого объекта, позволили преодолеть скромные возможности физического моделирования. При математическом моделировании опорой соотношения модель — действительность есть такое обобщение теории подобия, которое учитывает качественную разнородность модели и объекта, принадлежность их различным формам перемещения материи. Такое обобщение обретает форму более абстрактной теории изоморфизма систем.
Интересен вопрос о том, какую роль играет умение работать со схемами и таблицами, в ходе доказательства истинности и поисков истинного познания. Что же следует осознавать под истинностью модели? В случае если истинность вообще — «соотношение наших знаний реальной действительности», то истинность модели — значит соответствие модели объекту, а ложность модели — отсутствие такого соотношения. Такое указание является обязательным, однако недостаточным. Требуются дальнейшие уточнения, основанные на принятие во внимание условий, на основе которых модель того или другого типа воспроизводит изучаемое явление. К примеру, требования равенства модели и объекта в математическом моделировании, основанном на физических аналогиях, предполагающих при различии физических процессов в модели и объекте тождество математической формы, в которой выражаются их универсальные закономерности, есть более общими, более абстрактными. Следовательно, при построении тех или иных форм всегда осознанно отвлекаются от некоторых сторон, свойств и даже отношений, в силу чего, заведомо допускается не сохранение единства между моделью и оригиналом по ряду параметров. Так планетарная модель атома Резерфорда оказалась верной в рамках изучения электронной структуры атома, а модель Дж. Дж. Томпсона оказалась неверной, т.к. ее структура не совпадала с электронной схемой. Истинность — свойство знания, а предметы материального мира не истинны, не ложны, просто есть. В модели реализованы двоякого типа знания:
1) познание самой модели (ее структуры, процессов, функций) как системы, созданной с целью воспроизведения какого-то предмета;
2) теоретические сведения, через которые модель была построена.
Имея в виду именно теоретические представления и методы, лежащие в основе построения модели, можно определять вопросы о том, насколько правильно и полно установленная модель отражает предмет. В данном случае возникает идея о сравнимости любого созданного человеком предмета с аналогичными подлинными объектами и об истинности этого объекта. Однако это имеет смысл лишь в том случае, если подобные объекты создаются с особой целью изобразить, скопировать, передать данные черты естественного предмета. Следовательно, можно рассказывать о том, истинность присуща материальным моделям:
- в силу связи их с определенными знаниями;
- в силу наличия (или отсутствия) изоморфизма ее структуры со структурой моделируемого процесса или явления;
- в силу отношения модели к моделируемому объекту, оно делает ее частью познавательного процесса и позволяет определять определенные познавательные проблемы.
Модель можно анализировать не только как орудие проверки того, в самом деле, ли есть такие связи, отношения, структуры, закономерности, которые формулируются в данной концепции и выполняются в модели. Успешная работа модели есть практическое доказательство истинности теории, т.е. это часть исследовательского доказательства истинности данной теории.
Процесс создания и применения модели, называется моделированием.
Во всех дисциплинах модели выступают, как мощное средство познания.
К примеру:
1. Люди давно интересуются, как устроена наша Вселенная. Данный интерес не только познавательный, однако, и исключительно практический, т.к. люди желали научиться предвидеть периодические явления, связанные с устройством Вселенной, такие, как: затмение солнца и луны, наступление времен года.
Ради решения этих проблем, ученые выстраивали свои представления о Вселенной в виде схемы картины мира, в которой объекты Земли солнце и звезды, планеты, земля и луна изображались точками, движущимся по каким-то кривым – траекториям их движения. Таковы, к примеру, схемы, построенные Птолемеем, в которых основное пространство занимала наша Планета, или схема Коперника, в которой главное место занимало Солнце.
При помощи этих схем ученые выводили задачи предсказания специальных астрономических явлений. Эти схемы или картины мира – суть модели Вселенной, а метод изучения Вселенной, определение законов и решения проблем, связанных при помощи этих моделей, является способом моделирования.
2. Люди давно интересуются, как устроены они сами, как работает человеческий организм. Однако изучить эти вопросы на живом человеческом организме очень тяжело. Поскольку такое изучение до появления специальных приборов было связано со смертью этого организма. Тут ученые стали исследовать устройство человеческого организма на аналогичных его организму животных. Изучение организма животных, их функционирование помогло определить многие важнейшие закономерности функционирования человеческого организма.В данных исследованиях организмы животных выступали в качестве модели человеческого организма.
В математике широко применяется метод моделирования при решении задач.
Математической моделью можно охарактеризовать специфическое представление (часто приближенное) некой проблемы, ситуации, какое дает возможность в процессе ее анализа использовать формально – логический аппарат математики. При математическом моделировании имеем дело с теоретической копией, которая в математической модели выражает основные закономерности, свойства изучаемого предмета.
В процессе математического моделирования выделяют три этапа:
1. Формализация – перевод поставленной проблемы (ситуации) на язык математической системы (построение математической модели задачи).
2. Решение проблемы в рамках математической системы (говорят: решение внутри модели).
3. Перевод результата точного определения задачи на тот язык, на котором была сформулирована начальная цель (интерпретация решения).
Наиболее часто точная имитация представляет собою несколько упрощенную таблицу (описание) оригинала, а значит, обладает несомненным уровнем погрешности.
Одна и та же модель может определять различные процессы, объекты, поэтому продукты внутри модельного исследования самого действия часто могут быть перенесены на другое действие. В этом заключается одно из основных значений математического моделирования.
Математика не только создала разнообразные внутренние модели алгебры, геометрии и других разделов, однако и помогла естествознанию построить математические модели других научных дисциплин.
Созданием моделей математика часто опережала потребности естествознания и техники.
Реализация глобального математического способа познания есть основная задача и задача современной математики. Она включает, прежде всего, создание новых, неведомых математических моделей, к примеру, в биологии, для познания жизни и функции мозга, микромира, новых, фантастических технологий и техники, а также познание экономических и общественных явлений также при помощи математических моделей разнообразными математическими методами.
Теперь, когда были разобраны основные теоретические аспекты моделей и моделирования, можно перейти к рассмотрению конкретных примеров широкого использования моделирования, как средства познания в образовании.
