Урок 25

Модели и виды моделей

Теоретическая часть

п.1 Модель

      Каждый из нас знаком со словом «модель». Это слово присутствует во многих языках: в английском model, в итальянском modello. Происходит это слово от итальянского modellus (мера, образец). Модель - это компромисс между простотой и реальностью.    

      Модель - объект, который для каких-то целей рассматривается вместо другого объекта.

      Модели играют очень важную роль в проектировании и создании различных технических устройств, зданий, машин и механизмов. Без предварительного создания чертежа невозможно изготовить даже простую деталь, не говоря уже о сложном механизме. К примеру, модель автомобиля, корабля  и т. д. гораздо меньше по размеру и может различаться детализацией. Модель позволяет научиться правильно управлять объектом, ведь можно тестировать всевозможные варианты управления и действия этого объекта на его модели.       Существует ряд общих требований к свойствам, которым должны удовлетворять модели:

• адекватность – достаточно точное отображение свойств объекта;

• конечность – модель отображает оригинал лишь в конечном числе его отношений и свойств;

• полнота (информативность)–предоставление исследователю всей необходимой информации об объекте в рамках гипотез, принятых при построении модели;

• упрощенность –модель отображает только существенные стороны объекта;

• гибкость – возможность воспроизведения различных ситуаций во всем диапазоне изменения условий и параметров;

• приемлемая для имеющегося времени и программных средств трудоемкость разработки модели

Модель создается для того, чтобы:

• представить объект, воспроизвести его внешний вид и характерные особенности;

• понять, как устроен конкретный объект, какова его структура, основные свойства, законы развития и взаимодействия с окружающим миром;

• научиться управлять объектом;

• прогнозировать последствия воздействия на объект и т. д.

     Исходя из этих целей, моделью является упрощенное представление объекта, т. е. его макет. Макеты используются в самых различных областях. К примеру, в архитектуре макет – это объемно-пространственное представление проектируемого или уже существующего здания. Театральный макет – это также объемно-пространственное декоративное решение сцены для какого-либо спектакля. Один из видов макета – муляж.

     Модели в виде муляжей часто используются в целях обучения (в каждом кабинете биологии присутствует модель опорно-двигательной системы человека, животного; в кабинете географии, как правило, присутствует макет нашей планеты – глобус, в кабинете математики – объемные изображения геометрических фигур и т. д.).

    Всевозможные модели, муляжи часто используют и при создании художественных фильмов, особенно в комбинированных съемках. Также с муляжами и моделями мы можем столкнуться и в музеях (например, в зоологических музеях присутствуют муляжи различных представителей растительного и животного мира). Часто в музеях можно встретить модели, которые называют «биогруппа»  Биогруппа – это животные, представленные в окружении естественной обстановки, к примеру на фоне присущего представляемому виду животного ландшафта, местности. Также в музеях встречаются такие модели, как диорама. Диорама – это лентообразная, живописная картина с передним планом (сооружения, реальные и бутафорские предметы). Например, диорама Бородинского сражения, обороны Севастополя. Обычно диорамы наглядно представляют важнейшие исторические события.

п.2 Классификация  моделей

1. Классификация моделей по форме представления:

      Материальные – это предметные (физические) модели. Они всегда имеют реальное воплощение. Отражают внешнее свойство и внутреннее устройство исходных объектов, суть процессов и явлений объекта-оригинала. Это экспериментальный метод познания окружающей среды. Примеры: детские игрушки, скелет человека, чучело, макет солнечной системы, школьные пособия, физические и химические опыты

     Информационные (нематериальные) – не имеют реального воплощения. Их основу составляет информация. Это теоретический метод познания окружающей среды. Примеры: географические и исторические карты, фотографии, схемы. По признаку реализации они бывают: мысленные и вербальные; компьютерные; документальные.

     Мысленные модели формируются в воображении человека в результате раздумий, умозаключений, иногда в виде некоторого образа. Это модель сопутствует сознательной деятельности человека.

     Вербальные – мысленные модели выраженные в разговорной форме. Используется для передачи мыслей.

     Документальная - это описание или изображение моделируемого объекта на бумаге, картоне или другом плоском носителе.

     Компьютерная - это описание или изображение моделируемого объекта в памяти компьютера.

Информационные модели – целенаправленно отобранная информация об объекте, которая отражает наиболее существенные для исследователя свойств этого объекта.

Типы информационных моделей :

• Табличные модели – объекты и их свойства представлены в виде списка, а их значения размещаются в ячейках прямоугольной формы. Перечень однотипных объектов размещен в первом столбце (или строке), а значения их свойств размещаются в следующих столбцах (или строках).

• Иерархические модели – объекты распределены по уровням. Каждый элемент высокого уровня состоит из элементов нижнего уровня, а элемент нижнего уровня может входить в состав только одного элемента более высокого уровня.

• Сетевые  модели – применяют для отражения систем, в которых связи между элементами имеют сложную структуру.

• Семантическая модель - модель знаний в форме графа, в основе которой лежит идея о том, что любые знания можно представить в виде совокупности объектов (понятий) и связей (отношений) между ними.

По степени формализации информационные модели бывают образно-знаковые и знаковые. Например:

Образно-знаковые модели :

• Геометрические (рисунок, пиктограмма, чертеж, карта, план, объемное изображение).

• Структурные (таблица, граф, схема, диаграмма).

• Словесные (описание естественными языками).

• Алгоритмические (нумерованный список, пошаговое перечисление, блок-схема).

Знаковые модели:

• Математические – представлены матем.формулами, отображающими связь параметров.

• Специальные – представлены на спец. языках (ноты, хим.формулы).

• Алгоритмические – программы.

2. Классификация моделей в зависимости от времени:

     Статические – модели, описывающие состояние системы в определенный момент времени (единовременный срез информации по данному объекту). Примеры моделей: классификация животных…., строение молекул, список посаженных деревьев, обследование учащихся в стоматологической поликлинике дает состояние их зубов на данный момент времени: соотношение молочных и постоянных, наличие пломб, дефектов и т.д.

     Динамические – модели, описывающие процессы изменения и развития системы (изменения объекта во времени). Примеры: описание движения тел, развития организмов, процесс химических реакций, в примере с поликлиникой медицинскую карту ученика, отражающую изменение состояния его зубов в течение многих лет, можно считать динамической моделью

    При строительстве дома рассчитывают прочность его фундамента, стен, балок и устойчивость их к постоянной нагрузке. Это статическая модель здания. Но надо также обеспечить противодействие ветрам, движению грунтовых вод, сейсмическим колебаниям и другим изменяющимся во времени факторам. Эти вопросы можно решить с помощью динамических моделей. Как видно из примеров, один и тот же объект можно охарактеризовать и статической, и динамической моделью.

З. Классификация моделей по отрасли знаний

    Это классификация по отрасли деятельности человека: математические, биологические, химические, социальные, экономические, исторические и т. д.

4. Классификация модели по области применения

      Учебные модели используются при обучении. Это могут быть наглядные пособия, различные тренажеры, обучающие программы.

     Опытные модели — это уменьшенные или увеличенные копии проектируемого объекта . Они используются для исследования объекта и прогнозирования его будущих характеристик. Например, модель корабля исследуется в бассейне для изучения устойчивости судна при качке, модель автомобиля «продувается» в аэродинамической трубе с целью исследования обтекаемости кузова, модель сооружения используется для привязки здания к конкретной местности, модель гидросооружений (водохранилищ, гидростанций) помогает на стадии их разработки решить разнообразные технические, экологические и другие проблемы.

     Научно-технические модели создаются для исследования процессов и явлений. К таким моделям можно отнести, например, прибор для получения грозового электрического разряда или стенд для проверки телевизоров.

     Игровые модели — это военные, экономические, спортивные, деловые игры. Эти модели как бы репетируют поведение объекта в различных ситуациях, проигрывая их с учетом возможной реакции со стороны конкурента, союзника или противника. С помощью игровых моделей можно оказывать психологическую помощь больным, разрешать конфликтные ситуации.

     Имитационные модели не просто отражают реальность с той или иной степенью точности, а имитируют ее. Эксперименты с моделью проводятся при разных исходных данных. По результатам исследования делаются выводы. Такой метод подбора правильного решения получил название метода проб и ошибок. Например, для выявления побочных действий лекарственных препаратов их испытывают в серии опытов на животных.

5. Классификация моделей в зависимости от внешних размеров

     Модель называется масштабной, если внешние размеры модели получены увеличением или уменьшением размеров моделируемого объекта. Масштабную предметную модель обычно называют макетом. Например: глобус Земли, чучела животных, муляжи, чертеж, географическая карта, любая детская игрушка.

     Если внешние размеры модели не отражают внешних размеров моделируемого объекта, то такую модель называют немасштабной. Например: описание моделируемого объекта в виде текста и формул (формула воды, теорема Пифагора)

Видео Модели и виды моделей

Практическая часть

Задание 1. Определите, какие из представленных моделей являются информационными, а какие материальными. Результат вышлите преподавателю.