Моделирование как метод познания

Моделирование — исследование объектов познания на их моделях; построение и изучение моделей реально существующих объектов, процессов или явлений с целью получения объяснений этих явлений, а также для предсказания явлений, интересующих исследователя.

Порою бывает неудобным и невозможным рассмотрение реального объекта, процесса или явления, ведь они бывают иногда многогранны и сложны. Тогда лучшим способом их изучения и становится построение модели, отображающей лишь какую-то грань реальности, потому более простой. И многовековой опыт развития науки доказал на практике плодотворность такого подхода.

Так, например, в курсе географии первые представления о нашей планете Земля вы получили, изучая ее модель — глобус; в химии при изучении строения вещества использовали модели молекул; в кабинете биологии использовали муляжи овощей и фруктов, чтобы наглядно продемонстрировать особенности их сортов.

Моделирование как познавательный приём неотделимо от развития знания. По существу, моделирование как форма отражения действительности зарождается в античную эпоху одновременно с возникновением научного познания. Однако в отчётливой форме (хотя без употребления самого термина) моделирование начинает широко использоваться в эпоху Возрождения. Брунеллески, Микеланджело и другие итальянские архитекторы и скульпторы пользовались моделями проектируемых ими сооружений; в теоретических же работах Г. Галилея и Леонардо да Винчи не только используются модели, но и выясняются пределы применимости метода моделирования. И. Ньютон пользуется этим методом уже вполне осознанно, а в 19−20 вв. трудно назвать область науки или её приложений, где моделирование не имело бы существенного значения; исключительно большую методологическую роль сыграли в этом отношении работы Кельвина, Дж. Максвелла, Ф. А. Кекуле, А. М. Бутлерова и других физиков и химиков — именно эти науки стали, можно сказать, классическими «полигонами» методов моделирования. Появление же первых электронных вычислительных машин (Дж. Нейман, 1947) и формулирование основных принципов кибернетики (Н. Винер, 1948) привели к поистине универсальной значимости новых методов — как в абстрактных областях знания, так и в их приложениях. М. ныне приобрело общенаучный характер и применяется в исследованиях живой и неживой природы, в науках о человеке и обществе.

Модель — это некий заменитель объекта, процесса или явления, который в определенных условиях может замещать оригинал, воспроизводя интересующие исследователя свойства и характеристики оригинала.

Иначе говоря, модель — это некоторое упрощенное подобие реального объекта, процесса или явления.

Например, современная классификация представителей животного мира является иерархической информационной моделью. В биологии представители животного мира распределены по уровням. Одним из верхних уровней является тип, каждый тип разделен на классы, классы — на отряды, отряды — на семейства, семейства — на роды, роды — на виды. Получается упорядоченная структура, где каждый объект нижнего уровня связан только с одним объектом предыдущего уровня, но любой объект вышестоящего уровня может быть связан с несколькими объектами последующего уровня. Такая структура называется иерархической.

В расписании автобусов все данные организованы в виде строк и столбцов, где в строках обычно записывают пункт назначения, а в столбцах — время отправления и прибытия. Такие данные об объекте моделирования, организованные в табличной форме, составляют табличную модель.

Модель имеет существенные преимущества и удобства (наглядность, обозримость, доступность испытаний, легкость оперирования с ней и т. д.).

Модель необходима:

• — для того, чтобы понять структуру оригинала, его свойства, законы развития и взаимодействия с окружающим миром;
• — научиться управлять оригиналом (определять наилучшие способы управления при заданных целях и критериях);
• — прогнозировать последствия воздействия на оригинал.

Процесс построения модели называется моделированием.

Его можно разбить на несколько этапов:

• 1. Постановка задачи и определение свойств оригинала, подлежащих исследованию.
• 2. Выбор модели, достаточно точно фиксирующей существенные свойства оригинала.
• 3. Исследование модели, согласно найденному алгоритму.
• 4. Перенос результатов исследования на оригинал.
• 5. Проверка полученных результатов и формулировка выводов по проведенным исследованиям.

Принципы построения моделей:

• 1) Принцип достаточности исходной информации. Требует, чтобы в каждой модели использовалась только та информация, которая известна с точностью, требуемой для получения результатов моделирования;
• 2) принцип инвариантности (однозначности) информации. Предписывает, чтобы входная информация, используемая в модели, была независима от тех параметров моделируемой системы, которые еще не известны на данной стадии исследования;
• 3) принцип преемственности. Сводится к тому, что каждая последующая модель не должна нарушать свойств объекта, установленных или отраженных в предыдущих моделях;
• 4) принцип эффективной реализуемости. Состоит необходимости реализации модели при помощи современных вычислительных средств.

Все художественное творчество фактически является процессом создания моделей. Например, такой литературный жанр, как басня, переносит реальные отношения между людьми на отношения между животными и фактически создает модели человеческих отношений.

Лебедь, щука и рак Когда в товарищах согласья нет, На лад их дело не пойдёт, И выйдет из него не дело, только мука.

Однажды, Лебедь, Рак и Щука Везти с поклажей воз взялись, И вместе трое все в него впряглись;

Из кожи лезут вон, а возу всё нет ходу!

Поклажа бы для них казалась и легка:

Да Лебедь рвётся в облака, Рак пятится назад, а Щука тянет в воду.

Кто виноват из них, кто прав, — судить не нам;

Да только воз и ныне там. моделирование познавательный явление

Какие человеческие отношения смоделировал Крылов, переложив отношения между людьми на животных?

Практически любое литературное произведение может рассматриваться как модель реальной человеческой жизни. Моделями, в художественной форме отражающими реальную действительность, являются также живописные полотна, скульптуры, театральные постановки и т. д.

Однако, приходится считаться с тем, что моделирование данного оригинала может ни на каком своём этапе не дать полного знания о нём. Эта черта моделирование особенно существенна в том случае, когда предметом моделирование 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 (оценки адекватности) 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 ещё не служит однозначным подтверждением верности модели, т. к. 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; противоречия могут «сниматься» в ходе развития науки (и затем появляться при моделирование 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.

Моделирование глубоко проникает в теоретическое мышление. Более того, развитие любой науки в целом можно трактовать — в весьма общем, но вполне разумном смысле, — как «теоретическое моделирование «. Важная познавательная функция моделирование состоит в том, чтобы служить импульсом, источником новых теорий. Нередко бывает так, что теория первоначально возникает в виде модели, дающей приближённое, упрощённое объяснение явления, и выступает как первичная рабочая гипотеза, которая может перерасти в «предтеорию» — предшественницу развитой теории. При этом в процессе моделирование возникают новые идеи и формы эксперимента, происходит открытие ранее неизвестных фактов. Такое «переплетение» теоретического и экспериментального особенно характерно для развития физических теорий (например, молекулярно-кинетической или теории ядерных сил).

Таким образом, можно сказать, что основная цель моделирования — это изучение и исследование объекта или явления, для которого модель построена.

Достоинствами метода моделирования являются:

универсальность;

небольшая стоимость;

меньшая продолжительность во времени (например, для экономических моделей).

Недостатками являются:

трудности построения адекватной модели;

сбор большого количества достоверной информации.