Моделирование и научно-технический прогресс, использование моделирования в учебном процессе

Моделирование предполагает использование абстрагирования и идеализации. Отображая существенные (с точки зрения цели исследования) свойства оригинала и отвлекаясь от несущественного, модель выступает как специфическая форма реализации абстракции, то есть как некоторый абстрактный идеализированный объект. При этом от характера и уровней лежащих в основе моделирования абстракций и идеализаций в большой степени зависит весь процесс переноса знаний с модели на оригинал; в частности, существенное значение имеет выделение трех уровней абстракции, на которых может осуществляться моделирование:

• -уровня потенциальной осуществимости (когда упомянутый перенос предполагает отвлечение от ограниченности познавательно-практической деятельности человека в пространстве и времени);
• -уровня «реальной» осуществимости (когда этот перенос рассматривается как реально осуществимый процесс, хотя, быть может, лишь в некоторый будущий период человеческой практики);
• -уровня практической целесообразности (когда этот перенос не только осуществим, но и желателен для достижений некоторых конкретных познавательных или практических задач).

На всех этих уровнях, однако, приходится считаться с тем, что моделирование данного оригинала может ни на каком своем этапе не дать полного знания о нем. Эта черта моделирования особенно существенна в том случае, когда его предметом являются сложные системы, поведение которых зависит от значительного числа взаимосвязанных факторов различной природы. В ходе познания такие системы отображаются в различных моделях, более или менее оправданных; при этом одни из моделей могут быть родственными друг другу, другие же могут оказаться глубоко различными. Поэтому возникает проблема сравнения разных моделей одного и того же явления, что требует формулировки точно определяемых критериев сравнения. Если такие критерии основываются на экспериментальных данных, то возникает дополнительная трудность, связанная с тем, что хорошее совпадение заключений, которые следуют из модели, с данными наблюдения и эксперимента еще не служит однозначным подтверждением верности модели, так как возможно построение других моделей данного явления, которые также будут подтверждаться эмпирическими фактами. Отсюда — естественность ситуации, когда создаются взаимодополняющие или даже противоречащие друг другу модели явления. Эти противоречия могут «сниматься» в ходе развития науки (и затем появляться при моделировании на более глубоком уровне). Например, на определенном этапе развития теоретической физики при моделировании физических процессов на «классическом» уровне использовались модели, подразумевающие несовместимость корпускулярных и волновых представлений; эта «несовместимость» была «снята» созданием квантовой механики, в основе которой лежит тезис о корпускулярно-волновом дуализме, заложенном в самой природе материи.

Имея в виду именно теоретические соображения и методы, лежащие в основе построения модели, можно ставить вопросы о том, насколько верно данная модель отражает объект и насколько полно она его отражает. В таком случае возникает мысль о сравнимости любого созданного человеком предмета с аналогичными природными объектами и об истинности этого предмета. Но это имеет смысл лишь в том случае, если подобные предметы создаются со специальной целью изобразить, скопировать, воспроизвести определенные черты естественного предмета.

В настоящее время практика моделирования вышла за пределы сравнительно ограниченного круга механических явлений. Возникающие математические модели, которые отличаются по своей физической природе от моделируемого объекта, позволили преодолеть ограниченные возможности физического моделирования. При математическом моделировании основой соотношения модель — натура является такое обобщение теории подобия, которое учитывает качественную разнородность модели и объекта, принадлежность их разным формам движения материи. Такое обобщение принимает форму более абстрактной теории — изоморфизма системы.

Модельный эксперимент позволяет изучать такие объекты, прямой эксперимент над которыми затруднен, экономически выгоден, либо вообще невозможен в силу тех или иных причин (моделирование уникальных гидротехнических сооружений, сложных промышленных комплексов, экономических систем, социальных явлений, процессов, происходящих в космосе и т. д.).

При использовании в учебном процессе метода моделирования важно учитывать специфику различных этапов моделирования, которые в процессе обучения выступают в тесной связи друг с другом. Первый этап — создание модели. Он связан с поиском подходящих абстрактных объектов, которые могут заменить изучаемый фрагмент реальной действительности. Второй этап характеризуется мысленным экспериментированием с моделью. Познавательный процесс на втором этапе работы с моделью во многом сходен с процессом исследования свойств реального объекта в лабораторном эксперименте. Этот этап открывает перед учащимися достаточно широкие возможности для творческой деятельности.

Третий этап моделирования связан с проверкой адекватности построенной модели объективной реальности и с выяснением границ ее применимости. Этот этап требует достаточно высокой квалификации, и ученики могут справиться с ним самостоятельно лишь в редких случаях.

В процессе обучения эти этапы могут следовать не всегда в одной и той же последовательности. Нельзя не обратить внимание также на то, что этапу построения модели всегда должен предшествовать этап предварительного знакомства с изучаемым явлением. Этот этап в методическом отношении должен строиться таким образом, чтобы необходимость перехода от явления к его идеализированной модели стала для учащихся понятным и оправданным шагом. У них должно сложиться отчетливое представление о том, какие именно черты изучаемого явления сохраняются в модели как существенные и какими аспектами оригинала мы в модели пренебрегаем, считая их второстепенными. При этом важно, чтобы учащиеся понимали, с одной стороны, объективность такого подхода, а с другой его известную условность, относительность. То, что в начале процесса идеализации рассматривается как несущественный фактор, может впоследствии превратиться в существенный и решающий момент для понимания характера связи изучаемого явления с другими физическими процессами.

Учащихся следует постепенно подводить к понимаю того факта, что идеальную модель, с помощью которой они осуществляют мысленное экспериментирование, представляет собой орудие познавательной деятельности, средство исследования реальных явлений природы. Так, при объяснении нового материала, особенно если оно сопровождается демонстрацией материальной модели, идеальная модель и мысленное экспериментирование с ней дают возможность представить себе предполагаемую картину изученного явления.

Однако использование модельных представлений требует большой осторожности. Необходимо систематически указывать учащимся, что идеальная модель явления, процесса является всегда приближенной и отражает лишь определенные стороны реальной картины того или иного фрагмента объективной действительности. При каждом удобном случае следует проверять правильность образовавшихся у учащихся представлений и вносить необходимые коррективы.