Материальные и информационные модели

Все модели можно разбить на два больших класса: модели материальные и модели информационные.

Материальные модели. Материальные модели позволя­ют представить в материальной наглядной форме объекты, недоступные для непосредственного исследования (очень большие или очень маленькие объекты, очень быстрые или очень медленные процессы и др.). Например, макеты зда­ний и сооружений позволяют архитекторам выбрать наи­лучшие градостроительные решения, модели самолетов и кораблей позволяют инженерам выбрать оптимальную форму этих транспортных средств.

Материальные модели часто используются в процессе обучения. В курсе географии первые пред­ставления о нашей планете Земля мы получаем, изучая ее модель — глобус, в курсе физики изучаем работу двигателя внутреннего сгорания по его модели, в химии при изучении строения вещества используем модели молекул и кристаллических решеток, в биологии изучаем строение человека по анатомическим муляжам.

Информационные модели. Информационные модели представляют объекты и процессы в образной или знаковой форме, а также в форме таблиц, блок-схем, графов и т. д.

Образные модели (рисунки, фотографии и др.) представляют собой зрительные образы объектов, зафиксированные на каком-либо носителе информации (бумаге, фото- и кинопленке и др.). Широко используются образные информационные модели в обучении, где требуется классификация объектов по их внешним признакам (вспомните учебные плакаты по ботанике, биологии и физике).

Знаковые информационные модели строятся с исполь­зованием различных языков (знаковых систем). Знаковая информационная модель может быть представлена в форме текста (например, программы на языке программирования) или формулы (например, второго закона Ньютона Ц = тф.

Широко распространены информационные модели в форме таблиц. В периодической таблице химических элементов Д. И. Менделеева химические элементы располагаются в ячейках таблицы по возрастанию атомных весов, а в столбцах — по количеству валентных электронов. Важно, что по положению в таблице можно определить некоторые физические и химические свойства элементов.

При построении информационных моделей некоторых типов одновременно используются

система графических элементов и знаковая система. Так, в блок-схемах алгоритмов используются различные геометрические фигуры для об­означения элементов алгоритма и формальный алгорит­мический язык для записи команд программы (рис. 5.10).

Важную роль играют информационные модели, которые отображают иерархические системы. В биологии весь животный мир рассматривается как иерархическая систе­ма (тип, класс, отряд, семейство, род, вид), в информатике используется иерархическая файловая система и т. д.

В иерархической информационной модели объекты распределяются по уровням, от первого (верхнего) уровня до нижнего (последнего) уровня. На первом уровне может рас­полагаться только один элемент, который является вершиной иерархической структуры. Основное отношение между уровнями состоит в том, что элемент более высокого уровня может состоять из нескольких элементов нижнего уровня, при этом каждый элемент нижнего уровня может входить в состав только одного элемента верхнего уровня.

Удобным способом наглядного представления иерар­хических информационных моделей являются графы. Элементы иерархической модели отображаются в гра­фе овалами (вершинами графа).

Элементы верхнего уровня находятся в отношении «состоять из» к элементам более низкого уровня. Такая связь между элементами отображается в форме дуги графа (направленной линии в форме стрелки).

Графы, имеющие одну вершину верхнего уровня, напо­минают деревья, которые растут сверху вниз, поэтому называются деревьями. Ребра дерева могут связывать объекты только соседних иерархических уровней, причем каждый объект нижнего уровня может быть связан ребром только с одним объектом верхнего уровня.

Для описания исторического процесса смены поколе­ний семьи используются информационные модели в форме генеалогического дерева. В качестве примера можно рас­смотреть фрагмент генеалогического дерева династии Рюриковичей (рис. 5.11).

Рис. 5.11. Информационная модель — генеалогическое дерево Рюриковичей (X-XI века)