Роль моделей в науке и в образовательном процессе. Экспериментальные и иллюстративные модели - Компьютерное моделирование физических процессов и явлений, как метод научного познания
Окружающий человека мир действительно сложен и разнообразен. В процессе его познания человек вынужден выделять в исследуемых объектах наиболее важные черты и свойства, а в происходящих явлениях существенные связи. Для определения количественных связей экспериментатор создает достаточно сложные приборы и установки. Они являются обычными физическими объектами, в которых конструктивно второстепенные связи отодвинуты на второй план, и это позволяет экспериментатору установить количественные закономерности. Важнейшие из них составляют содержание законов природы. Называть чувствительные установки экспериментатора моделями чего-либо вряд ли разумно.
В том случае, когда устанавливаются фундаментальные законы или изучаются физико-химические свойства тел, экспериментатор проводит, как говорят, натурные эксперименты. Например, для демонстрации закона всемирного тяготения нужно измерить силу притяжения двух тел, в качестве которых могут быть взяты астрономические тела или большие шары. Для установления закона Кулона необходимо рассмотреть взаимодействие заряженных тел, например, на крутильных весах. Для измерения вязкости жидкости нужно эту жидкость залить в вискозиметр и провести измерение. Следует еще раз подчеркнуть, что для проведения некоторых экспериментов исследователям приходится делать очень сложные в техническом отношении установки (не модели). В физической науке, особенно на первоначальном этапе ее развития, доминировали натурные эксперименты. Они должны занимать определенное место и в процессе обучения физике как источник первоначального знания о законах природы. Иллюстрация физических законов, на наш взгляд, в случае возможности должна производится в натурном эксперименте. Только в натурном эксперименте можно убедиться в справедливости того или иного закона!
В современной науке, однако, ситуация несколько изменилась. Часто возникает потребность в эксперименте, в котором не требуется открывать фундаментальные законы, а необходимо установить поведение какого-либо конкретного объекта или характер протекания конкретного процесса. Например, вы придумали новую форму корпуса самолета и хотите узнать его летные качества. Разумно ли сразу строить аппарат натуральных размеров и проводить полетные эксперименты? Или, например, в технологическом процессе подготовки высококачественного расплава стали требуется ввести легирующую добавку. В какой момент времени и в каком месте это сделать? Можно ли без больших затрат провести прямой эксперимент. Ответ на оба вопроса один: требуются предварительные эксперименты на вспомогательных объектах.
Для детального изучения свойств конкретных объектов и сложных явлений современный исследователь создает вспомогательные объекты, с которыми ему легче экспериментировать, во взаимодействии которых удобней наблюдать интересующие явления. Метод экспериментального исследования, основанный на замене конкретного объекта эксперимента другим, в некотором смысле ему подобным, называют моделированием, а объект над (на) которым (ом) производится эксперимент - моделью.
Обычно модель предназначается для изучения вполне конкретного процесса, происходящего в системе с определенными геометрическими параметрами и физическими свойствами в условиях, когда обстановка для натурного эксперимента неблагоприятна. Например, геометрические размеры системы чрезмерно велики или очень малы, исследуемый процесс протекает слишком быстро или слишком медленно, очень высоки значения режимных параметров процесса (температура, давление, электрическое напряжение и т. п.), дороговизна или токсичность расходуемых материалов и другие факторы.
Другой причиной использование моделей может служить привлечение их как средства обучения и тренажа. Можно сформулировать следующие цели школьного курса моделирования:
- 1. дать научные основы моделирования (правила построения моделей и экспериментов с ними); 2. углубить знания учащихся в области конкретных наук и придать изучению этих наук творческий характер; 3. при математическом моделировании дать практические примеры использования математических методов, вложив в формальные математические подходы конкретный смысл практической деятельности; 4. разнообразить с помощью конкретной деятельности уроки информатики.
Моделирование основано на возможности воспроизводить явления подобные друг другу. Условия подобия связывают модель и моделируемый объект. Модель конечно должна быть геометрически подобна объекту. Кроме того, требуется выполнение подобия по физическим параметрам. Характер протекания физического процесса не должен зависеть от выбора единиц измерения физических величин и определяется безразмерными параметрами, т. е. относительными величинами. В случае подобия явлений все их количественные характеристики, представленные в относительной форме, совпадают. Тождественность всех относительных характеристик у модели и оригинала является формой выражения соответствия между оригиналом и моделью. Кроме того, представление результатов экспериментов с моделью в относительных переменных позволяет исследованием некоторого явления обеспечить изучение целой группы подобных явлений. Для конкретного объекта в пределах этой группы явлений численные результаты получаются простым пересчетом, состоящем в умножении на масштабные коэффициенты.
Похожие статьи
-
Введение - Компьютерное моделирование физических процессов и явлений, как метод научного познания
Важнейшей задачей преподавания физики, является формирование личности, способной ориентироваться в потоке информации в условиях непрерывного образования....
-
Физическое моделирование - Основы научных исследований
Физическими моделированием называется изучение свойств явлений или процессов на физических моделях, заменяющих собою объект, который в таком случае...
-
Понятие модель, моделирование. Разные взгляды и классификация Слова модель и моделирование в последние годы стали часто использоваться в учебной...
-
Моделирование как метод научного познания. - Моделирование перспективного развития экономики
Моделирование в научных исследованиях стало применяться еще в глубокой древности и постепенно захватывало все новые области научных знаний: техническое...
-
Моделирование. Детерминизм. Требования к моделированию В процессе исследования объекта часто бывает нецелесообразно или даже невозможно иметь дело...
-
Цели и задачи моделирования, Требования к модели - Виды математических моделей
Основные цели и задачи моделирования сводятся к следующему: 1. Оптимальное проектирование новых и интенсификация действующих технологических процессов....
-
- наглядность построения; - обозримость основных свойств и отношений; - доступность ее для исследования или воспроизведения; - простота исследования,...
-
Экспериментальная факторная модель процесса акусто-магнитной обработки топлива
Всевозрастающее воздействие человека на природу привело к возникновению экологических проблем в экосистеме биосферы, в частности, проблемы загрязнения...
-
Введение - Моделирование математической модели теплообменника
Математический динамический модель канал Качественные и количественные изменения в промышленности, науке и технике составляют основу для значительного...
-
С середины XX в. в самых различных областях человеческой деятельности стали широко применять математические методы и ЭВМ. Возникли такие новые...
-
МОДЕЛИРОВАНИЕ - Виды математических моделей
Моделировaние - Это изучение объектa путем построения и исследования его модели, осуществляемое с определенной целью и состоит в зaмене экспериментa с...
-
Математическое моделирование экономических явлений и процессов является, как указывалось выше, важным инструментом экономического анализа. Оно позволяет...
-
Объект исследования и его модель - Основы научных исследований
Объект исследования - это первичное, не сводимое к более простым, понятие. Поэтому дать его общее определение невозможно. Однако можно указать примеры...
-
Одним из наиболее важных аспектов построения систем моделирования является проблема цели. Любую модель строят в зависимости от цели, которую ставит перед...
-
С развитием системных исследований, с расширением экспериментальных методов изучения реальных явлений все большее значение приобретают абстрактные...
-
Введение - Методы экономико-математического моделирования
Экономико-математическое моделирование является неотъемлемой частью любого исследования в области экономики. Бурное развитие математического анализа,...
-
Компьютерный модель математический вычислительный 1. Сбор информации об объекте, выдвижение гипотез, предмодельный анализ; 2. Проектирование структуры и...
-
Виды моделирования систем - Моделирование систем
В зависимости от характера изучаемых процессов в системе моделирование может быть разделено на детерминированное и стохастическое; статическое и...
-
В современной науке и технике появляется все больше областей, задачи в которых можно и нужно решать методом вычислительного эксперимента, с помощью...
-
Вычислительный эксперимент - Компьютерное моделирование химико-технологических процессов
Увеличив в сотни миллионов раз скорость выполнения арифметических и логических операций и повысив тем самым производительность интеллектуального труда...
-
В 1974г. группа аргентинских ученых во главе с профессором А. Эррерой получила предварительные результаты работы над латиноамериканской моделью...
-
Модели и моделирование - Экономико-математические методы
Одним из основных методов научного познания является эксперимент, а самой распространенной его разновидностью - метод моделирования систем. В процессе...
-
Физические и математические модели - Моделирование систем управления
Физические модели имеют одинаковую с оригиналом физическую природу и отличаются от него размерами и мощностью. Построение физических моделей основано на...
-
Экономико-математические методы представляют собой совокупность математических методов (математического программирования, теории вероятностей, теории...
-
Теоретическое обоснование математического моделирования - Математические методы и модели в экономике
Коммерческая деятельность в том или ином виде сводится к решению таких задач: как распорядиться имеющимися ресурсами для достижения наибольшей выгоды или...
-
В основе моделирования лежит теория подобия, которая утверждает, что абсолютное подобие может иметь место лишь при замене одного объекта другим точно...
-
Экономико-математические методы применяются в исследованиях, в ходе которых изучаются объекты-заменители. В последнее время термин "моделирование"...
-
1. Универсальность - характеризует полноту отображения моделью изучаемых свойств реального объекта. 2. Адекватность - способность отражать нужные...
-
Охарактеризовать виды моделей - Методы линейного программирования
Модель -- это некий новый объект, который отражает существенные особенности изучаемого объекта, явления или процесса. Один и тот же объект может иметь...
-
Для достижения поставленной цели предприятию требуются материалы, оборудование, энергия, рабочая сила и другие ресурсы. Каждое предприятие такими...
-
Основные этапы построения эконометрической модели - Моделирование в эконометрике
Построение эконометрической модели является основой эконометрического исследования. Оно основывается на предположении о реально существующей зависимости...
-
Прогнозирование в регрессионных моделях - Эконометрика как наука
Моделирование в научных исследованиях стало применяться еще в глубокой древности и постепенно захватывало все новые области научных знаний: техническое...
-
Процесс моделирования, в том числе и экономико-математического, включает в себя три структурных элемента: - объект исследования; - субъект...
-
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ - Виды математических моделей
Это вaжнейший метод современного нaучного исследовaния, основной aппaрaт системного aнaлизa. Мaтемaтическое моделировaние - это изучение поведения...
-
Введение - Математическое и компьютерное моделирование в естествознании
При изучении любого явления вначале получают качественное описание проблемы. На этапе моделирования качественное представление переходит в...
-
Бизнес-процесс - логически завершенная цепочка взаимосвязанных и повторяющихся видов деятельности, в результате которых ресурсы предприятия используются...
-
Экономическое метамоделирование как область научного знания и деятельности
К области экономического метамоделирования отнесены философские, методологические и методические основы моделирования экономических объектов, в том числе...
-
Процесс экономико-математического моделирования - Экономико-математические методы
Этот процесс состоит из нескольких взаимосвязанных этапов. Разбиение на этапы и выделение на каждом этапе присущих ему процессов условно: на одном из...
-
- выполнять роль вспомогательного средства для решения задач, решаемых обычными вычислительными средствами, алгоритмами, технологиями; - выполнять роль...
-
На базе системного подхода может быть предложена и некоторая последовательность разработки моделей, когда выделяют две основные стадии проектирования:...
Роль моделей в науке и в образовательном процессе. Экспериментальные и иллюстративные модели - Компьютерное моделирование физических процессов и явлений, как метод научного познания