Моделирование как метод познания

Моделирование, формализация, визуализация

Моделирование. Человечество в своей деятельности (на­учной, образовательной, технологической, художественной и др.) постоянно создает и использует модели объектов окру­жающего мира. Строгие правила построения моделей сфор­мулировать невозможно, однако человечество накопило бога­тый опыт моделирования различных объектов и процессов.

Модели играют чрезвычайно важную роль в проектиро­вании и создании различных технических устройств, машин и механизмов, зданий, электрических цепей и т. д. Без пред­варительного создания чертежа не­возможно изготовить даже простую деталь, не говоря уже о сложном ме­ханизме. В процессе проектирования зданий и сооружений кроме черте­жей часто изготавливают их макеты.

Разработка электрической схемы обязательно предшествует созданию электрических цепей (рис. 5.6) и т. д.

Развитие науки невозможно без создания теоретичес­ких моделей (теорий, законов, гипотез и т. д.), отражаю­щих строение, свойства и поведение реальных объектов. Создание новых теоретических моделей иногда коренным образом меняет представление человечества об окружаю­щем мире (например, такую роль сыграла гелиоцентричес­кая система мира Коперника). Истинность теоретических моделей, т. е. их соответствие законам реального мира, про­веряется с помощью опытов и экспериментов.

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. Более того, 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.

Моделирование — это метод познания, состоящий в создании и исследовании моделей.

Модель. Каждый объект имеет большое количество раз­личных свойств. В процессе построения модели выделяются главные, наиболее существенные для проводимого исследо­вания свойства. В процессе исследования аэродинамичес­ких качеств модели самолета в аэродинамической трубе важно, чтобы модель имела геометрическое подобие ориги­налу, но не важен, например, ее цвет. При построении элек­трических схем — моделей электрических цепей необходи­мо учитывать порядок подключения элементов цепи друг к другу, но не важно их геометрическое расположение друг относительно друга и т. д.

Модель создается человеком в процессе познания окружающего мира и отражает существенные с точ­ки зрения цели проводимого исследования (цели моделирования) свойства изучаемого объекта, явления или процесса.

Разные науки исследуют объекты под разными углами зрения и строят различные типы моделей. В физике изуча­ются процессы взаимодействия и изменения объектов, в хи­мии — их химический состав, в биологии — строение и поведение живых организмов и т. д.

Рассмотрим в качестве примера человека, в разных нау­ках он исследуется в рамках различных моделей. В рамках механики его можно рассматривать как материальную точ­ку, в химии — как объект, состоящий из различных хими­ческих веществ, в биологии — как систему, стремящуюся к самосохранению и т. д.

Для описания и исследования одного и того же объекта могут использоваться несколько моделей.

Вместе с тем, разные объекты могут описываться одной моделью. Например, для описания движения планет, движения автомобиля или движения мяча в определенных условиях (размеры объекта гораздо меньше его перемещений) можно использовать одну и ту же модель движения материальной точки.

Для описания и исследования разных объектов может использоваться одна и та же модель.

Никакая модель не может заменить сам объект. Но при решении конкретной задачи, когда нас интересуют определенные свойства изучаемого объекта, модель оказывается полезным, а подчас и единственным инструментом исследования.