Одним из эффективных методов исследования систем управления является моделирование - разработка моделей, позволяющих принимать объективные решения в ситуациях, слишком сложных для простой причинно-следственной оценки альтернатив. Несмотря на то что многие модели исследуемых социально-экономических систем настолько сложны, что без компьютера обойтись зачастую невозможно, концепция моделирования проста. По определению Шеннона, «модель - это представление объекта, системы или идеи в некоторой форме, отличной от самой целостности». Схема организации, например, - это и есть модель, представляющая ее структуру. Главной характеристикой модели можно считать упрощение реальной жизненной ситуации, к которой она применяется. Поскольку форма модели менее сложна, а не относящиеся к делу данные устраняются, модель повышает способность руководителя разрешать встающие перед ним проблемы. Ряд причин обусловливают использование модели вместо попыток прямого взаимодействия с реальным миром:
· сложность многих организационных ситуаций: поскольку реальный мир организации исключительно сложен и фактическое число переменных, относящихся к конкретной проблеме, значительно превосходит возможности любого человека, то постичь его
можно, упростив реальный мир с помощью моделирования;
· трудности, связанные с проведением экспериментов в реальной жизни, в частности необходимость значительных затрат, в том числе и материальных;
· ориентация управления на будущее: невозможно наблюдать явление, которое еще не существует и, может быть, никогда не состоится; моделирование - единственный в настоящее время систематизированный способ увидеть варианты будущего и определить потенциальные последствия альтернативных решений.
Типы моделей и процесс их построения
Модель - это система, располагающаяся между исследователем и предметом его исследования. Существуют следующие виды моделей: физические (модель здания, прибора, машины), математические (система формул, тождеств и неравенств, описывающая какой-либо процесс, явление), логические (система понятий, описывающая явление, процесс, предмет), модели общественно-экономических формаций, модели структур, методов и т.п.
Рассмотрим основные из них.
Физическая модель представляет то, что исследуется с помощью увеличенного или уменьшенного описания объекта или системы в том или ином масштабе. По утверждению Шеннона, отличительная характеристика физической модели (которую иногда называют портретной) - то, что она выглядит как «моделируемая целостность». Пример физической модели - чертеж завода, выполненный в определенном масштабе. Такая физическая модель упрощает визуальное восприятие и помогает установить, сможет ли конкретное оборудование физически разместиться в пределах отведенного для него места. Автомобильные и авиационные предприятия всегда изготавливают физические уменьшенные копии новых средств передвижения, чтобы проверить их определенные характеристики.
Аналоговая модель представляет исследуемый объект - аналог, который ведет себя как реальный объект, но не выглядит таковым. Пример аналоговой модели - схема организационной структуры предприятия. Выстраивая ее, руководство в состоянии легко представить себе цепи прохождения команд и формальную зависимость между индивидуумами и их деятельностью. Аналоговая модель является более простым и эффективным способом проявления сложных взаимосвязей структуры крупной организации, чем составление перечня взаимосвязей между всеми работниками.
В математической модели (называемой также символической) используются символы для описания свойств или характеристик объектов или событий. Пример математической модели как средства, помогающего решать исключительно сложные проблемы, - известная формула А. Эйнштейна Ε = me2. Если бы А. Эйнштейн не смог построить эту математическую модель, в которой символы заменяют реальность, маловероятно, что у физиков появилась бы даже отдаленная идея о взаимосвязи материи и энергии. Математические модели относятся к типу моделей, чаще всего используемых при принятии организационных решений.
Основные этапы процесса построения моделей:
· постановка задачи;
· построение модели;
· проверка модели на достоверность;
· применение модели.
Постановка задачи - наиболее важный этап построения модели, способный обеспечить правильное решение управленческой проблемы. Использование математики или компьютера не принесет пользы, если сама проблема не будет точно диагностирована. А. Эйнштейн отмечал, что правильная постановка задачи важнее даже, чем ее решение. Огромные средства расходуются ежегодно на поиски элегантных и глубокомысленных ответов на неверно поставленные вопросы.
При построении модели разработчик должен определить главную цель модели, выходные нормативы или информацию, которую предполагается получить, чтобы помочь руководству разрешить определенную проблему. В дополнение к установлению главных целей разработчик должен определить, какая информация требуется для построения модели. Другим важным фактором, требующим учета при построении модели, являются расходы. Модель, которая стоит больше, чем вся задача, решаемая с ее помощью, конечно, не внесет никакого вклада в достижение целей организации.
Один из аспектов проверки модели на достоверность - определение степени соответствия модели реальному миру. Разработчик должен установить, все ли существенные компоненты реальной ситуации встроены в модель. Чем полнее модель отражает реальный мир, тем выше ее потенциал как средства оказания помощи руководителю в принятии эффективного управленческого решения. Другой аспект проверки модели на достоверность - установление, в какой степени информация, получаемая с ее помощью, помогает руководителю разрешить проблему. Хороший способ проверки модели - опробование ее на ситуации из прошлого.
После проверки на достоверность модель готова к использованию . По утверждению Шеннона, ни одну модель «нельзя считать успешно выстроенной, пока она не принята, не понята и не применена на практике». Это очевидно, но зачастую этот этап построения моделей оказывается одним из самых трудных. Согласно результатам исследования лишь около 60% моделей науки управления были использованы в полной или почти в полной мере - в силу того, что руководители проявляют опасение или непонимание.
Цель: сформировать у учащихся понятие моделирования как метода познания; рассмотреть формы представления моделей.
Тип урока: урок объяснения нового материала и первичного закрепления знаний.
Задачи урока:
- Обучающие
:
- применение теоретических знаний на практике; организация деятельности учащихся по
- изучению и первичному закреплению способов действий.
- Развивающие
:
- помощь учащимся в осознании социальной и практической значимости учебного материала;
- обеспечение развития у школьников умений сравнивать и классифицировать познавательные объекты;
- создание условий для развития у школьников умения работать во времени.
- Воспитывающие
:
- осуществление эстетического воспитания;
- способствовать обогащению внутреннего мира школьников.
Требования к знаниям и умениям:
- Учащиеся должны знать
:
- основные понятия «модель», «моделирование»;
- виды моделей.
- Учащиеся должны уметь
:
- приводить примеры различных моделей;
- знать отличительные признаки различных моделей.
Методы:
- информационный (словесный);
- наглядный;
- иллюстративный;
- репродуктивный.
Формы организации учебной деятельности: фронтальная, индивидуальная.
Программно-дидактическое обеспечение: ПК, программы Power Point и Excel, авторская презентация по данной теме (используется в качестве сопроводительного материала лекции учителя) электронный тест (авторская разработка), проектор, навесной экран, памятка (Приложение 5 )
Этапы урока:
- постановка цели урока и мотивация учебной деятельности;
- объяснение нового материала, сопровождающееся электронным пособием;
- воспроизведение и коррекция опорных знаний;
- обобщение и систематизация понятий для выполнения практической работы;
- электронное тестирование учащихся;
- подведение итогов;
- разноуровневое домашнее задание.
ХОД УРОКА
I. Постановка целей урока
1. Детская игрушка, часы на стене, глобус,
кристаллическая решетка, формула квадратного
уравнения – это все модели. Как можно назвать
такие разные понятия одним словом?
2. Существует огромное количество моделей. Как
понять к какому типу они относятся? Как отличить
их по разным признакам?
II. Изложение нового материала
1. Моделирование
Объяснение материала сопровождается показом электронного пособия, созданного учителем (Приложение 1 , слайд 2)
– В своей деятельности человек очень часто использует модели окружающего мира. Модели позволяют представить в наглядной форме объекты и процессы, недоступные для непосредственного восприятия: очень большие или очень маленькие объекты, очень быстрые или очень медленные процессы. (Приложение 1 , слайд 3)
Наглядные 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. (Приложение 1 , слайд 4)
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
макеты. В процессе разработки летательных
аппаратов поведение их моделей в воздушных
потоках исследуют в аэродинамической трубе.
Разработка электрической схемы обязательно
предшествует созданию электрических цепей. (Приложение 1
, слайд 5)
Развитие науки невозможно без создания теоретических моделей (теорий, законов, гипотез), отражающих строение, свойства и поведение реальных объектов. Создание новых теоретических моделей иногда коренным образом меняет представление человечества об окружающем мире: гелиоцентрическая система мира Коперника, модель атома Резерфорда-Бора, модель расширяющейся Вселенной, модель генома человека. (Приложение 1 , слайд 6)
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.
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. (Приложение 1 , слайд 7)
Моделирование – это метод познания, состоящий всоздании и исследовании моделей. (Приложение 1 , слайд 8)
Вопрос учащимся: Как Вы думаете, что можно моделировать?
Ответ: Объекты, явления, процессы, поведение.
Каждый объект имеет большое количество
различных свойств. В процессе построения модели
выделяются главные, наиболее существенные для
проводимого исследования свойства.
Например
: В процессе исследования
аэродинамических качеств модели самолета в
аэродинамической трубе важно, чтобы модель имела
геометрическое подобие оригинала, но не важен,
например, ее цвет.
Разные науки исследуют объекты и процессы 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 так далее.
Возьмем 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.
Модель – это некий новый объект, который отражает существенные особенности изучаемого объекта, явления или процесса .
Для закрепления выполним задание 1. (Приложение 2 )
География, военное дело, судоходство невозможны без информационных моделей поверхности Земли в виде карт. Различные типы географических карт (политические, физические и пр.) представляют информационные модели, отражающие различные особенности земной поверхности, то есть один и тот же объект отражают несколько моделей.
С другой стороны, разные объекты могут описываться одной моделью. Так, в механике различные материальные тела (от планеты до песчинки) могут рассматриваться как материальные точки.
Один и тот же объект может иметь множество моделей, а разные объекты могут описываться одной моделью. (Приложение 1 , слайд 10)
Конечно, никакая модель не может заменить сам объект. Но при решении конкретной задачи, когда нас интересуют определенные свойства изучаемого объекта, модель оказывается иногда единственным инструментом исследования.
Формы представления моделей
Как мы убедились, существует огромное количество объектов моделирования. Для того чтобы ориентироваться в их многообразии, необходимо их все классифицировать, то есть упорядочить, систематизировать.
Классификация по способу представления:
Все модели можно разбить на два больших класса: модели предметные (материальные) и модели информационные. (Приложение 1 , слайд 11)
Предметные модели воспроизводят
геометрические, физические и другие свойства
объектов в материальной форме (глобус,
анатомические муляжи, модели кристаллических
решеток, макеты зданий и сооружений и др.).
Информационные модели представляют объекты и
процессы в образной
или знаковой форме
.
Образная модель – это модель в мысленной или
разговорной форме.
Знаковая модель – это модель, выраженная
средствами формального языка (графики, таблицы,
тексты и т.д.). (Приложение 1
,
слайд 12)
Образные и знаковые модели, как правило,
взаимосвязаны. Мысленный образ, родившийся в
голове человека, может быть облечен в знаковую
форму.
Например: Мелодия, родившаяся в голове композитора, будет представлена в виде нот на бумаге.
Вопрос к учащимся: П рограмма, написанная на языке программирования, к какому классу относится эта модель? (Приложение 1 , слайд 13)
На протяжении своей истории человечество использовало различные способы и инструменты для создания информационных моделей. Эти способы постоянно совершенствовались. Так, первые информационные модели создавались в форме наскальных рисунков, в настоящее же время информационные модели обычно строятся и исследуются с использованием современных компьютерных технологий. В дальнейшем мы рассмотрим основные этапы разработки и исследования моделей на компьютере.
III. Закрепление изученного
IV. Домашнее задание: (Приложение 1 , слайд 16)
Уровень знания: выучить определения основных терминов и понятий.
5.3, 5.4 Н.Угринович «Информатика и информационные технологии».
Творческий средний уровень: создать любую предметную модель.
Творческий повышенный уровень: создать иерархическую информационную модель своей семьи (родословную), начиная с себя.
Использованная литература :
- Н.Угринович “Информатика и информационные технологии”, Москва, Бином, Лаборатория знаний, 2003;
- «Информатика». Приложение к 1 сентября журнала «Информатика»
МОДЕЛИРОВАНИЕ КАК МЕТОД ПЕДАГОГИЧЕСКОГО ИССЛЕДОВАНИЯ
Е.Н. Землянская
Аннотация. Статья посвящена раскрытию функций и содержания метода моделирования. Дается определение модели, раскрываются подходы к многомерной классификации научных моделей. Особое внимание уделено проблеме соотношения модели и оригинала и построения процесса исследования на основе моделей. Раскрываются возможности метода, а также гностические функции моделей. Выявляются особенности научных моделей и моделирования в педагогике.
Ключевые слова: модель, оригинал, моделирование, исследование, гностические функции моделей, метод, педагогическая теория.
Summary. The article is devoted to the disclosure of functions and content of modeling method. It also defines the model and reveals a multidimensional approach to the classification ofscientific models. Special attention is paid to the problem of the relation between the original model and the research process and creation of research process on the basis of models. The article reveals the possibilities of the method, as well as Gnostic function models (reflective, concretizing, interpretive, explanatory, predictive). Ratures ofscientific models and modeling in pedagogy come to light.
Keywords: model, original, modeling, research, gnostic function models, methods, pedagogical theory.
Повышение роли педагогической теории - необходимое условие и важнейшее требование при переводе образовательных учреждений в режим развития. Достижение нового качества образования в школе невозможно без ведения учителем научно-исследова тель ской деятельности, основы которой закладываются в высшей школе. Моделирование -один из методов педагогического исследования, который, к сожалению, знаком педагогам поверхностно. Статья посвящена раскрытию функций и содержания данного исследовательского метода; предназначена в первую очередь студентам, аспирантам, выполняющим исследования в области педагогики.
В контексте нашей проблематики важно различать моделирование как метод исследования, с одной стороны, и использование моделей как метод обучения, с другой. Последний берет свои истоки в принципе наглядности. Моделям-аналогам и методам их построения и использования в учебном процессе придавали большое значение многие педагоги-дидакты: В.П. Вахтерев, Н.П. Кашин, К.Д. Ушинский, а также
A.П. Аношкин (1998), С.И. Архангельский (1980), С.П. Баранов, Ю.В. Варданян (1990), В.П. Мизинцев (1977), Ю.И. Кулюткин (1981), Д. Толлингеро-ва (1994), А.И. Щербаков (1988) и др.
B.В. Давыдов обосновал учебные моде-
ли, выявив специфику наглядности, обусловленную теоретическим обучением, а Д.Б. Эльконин полагал моделирование ребенком определенных сторон действительности общим принципом усвоения. Этими и другими педагогами разработаны принципы построения и использования учебных моделей в обучении, дана их классификация, выявлены психолого-педагогические условия и закономерности.
Моделирование как метод познания (исследования) связан с приемом аналогии - умозаключении о сходстве объектов в определенном отношении на основе их сходства в ряде иных отношений. Сущность этого метода состоит в том, что непосредственно исследуется не сам объект, а его аналог, заместитель - модель, а затем полученные при изучении модели результаты по особым правилам переносятся на сам объект.
Моделирование как метод научного исследования менее знаком педагогам, хотя почти в каждой диссертации последних лет на соискание ученой степени доктора или кандидата педагогических наук мы можем видеть задачу «разработать модель какого-либо процесса, явления». Обратимся к процессу исследования и попробуем ответить на следующие вопросы: В чем смысл моделирования в исследовании? Его функции? Что принципиально новое может дать использование этого метода по сравнению с другими? Модель - это лишь удобная форма представления результатов научного поиска или самостоятельный объект изучения? Какова структура процесса исследования на основе моделей и моделирования? Является ли построенная в диссертации модель конечной целью и научным результатом или это лишь средство дальнейшего научного поиска?
Проблема моделирования - одна из важнейших методологических проблем, выдвинутых на передний край развития ряда естественных наук XX в., в особенности физики, химии, кибернетики. Именно с возникновением последней вопрос о методе познания с помощью моделей встал с особой остротой, подняв в свою очередь вопросы о гносеологической природе моделей, их функциях, месте моделей среди других средств познания. Обобщая в методологическом плане новые методы современной науки, пришедшие из естественных наук, модель как средство познания и важная гносеологическая категория заняла сейчас прочное место и в психолого-педагогической науке. Концептуальные идеи о модельном подходе к изучению действительности, теоретическое представление о моделях и методах моделирования в педагогике даны многими учеными: Ю.К. Бабанским, В.П. Беспалько, А.А Братко, Т.А. Ильиной, Л.Б. Ительсоном, Н.В. Кузьминой, А.Н. Леонтьевым, Ю.О. Овакимяном и др.
Определение модели. Модель - от латинского "modus, modulus", что означает «мера, образ, способ». Его первоначальное значение было связано со строительным искусством и почти во всех европейских языках оно употреблялось для обозначения образца или вещи, сходной с другой. Еще и теперь в обыденной жизни под моделью понимают копирование тех или иных внешних свойств объекта, чаще всего его пространственных форм («модель судна», «модель знания»).
В современной науке произошел отход от первоначального понимания модели как образа, образца, прототипа, аналогии. Более глубокое толкование слова «модель» предполагает, что основное внимание уделяется моделированию скрытых внутренних свойств объекта,
Преподаватель ^
то есть рассматривается способность модели отображать, воспроизводить и тем самым замещать объект изучения существенным признаком модели. Подобные модели существуют лишь в описании и, как правило, не нуждаются в изготовлении их в виде тех или иных физически ощутимых объектов. Пример. 1о-воря о модели атомного ядра, современный физик не предполагает, что речь идет о демонстрации модели, изготовленной из дерева, металла, пластика, которую можно подержать в руках, измерить, взвесить, покрутить и т.п. Под моделью он понимает совокупность научных гипотез о строении ядра, позволяющих не только правильно описать и интерпретировать то, что уже известно об этом объекте, но и предсказать новые, еще не открытые наукой факты.
Из приведенного примера ясно, что моделирование любого объекта, явления, процесса в подобном смысле -это фиксация того или иного уровня познания этого объекта, позволяющего описывать его строение и функционирование, а также с некоторой степенью приближения описать его поведение. Поэтому часто говорят, что такого рода модели - модели информационные, подчеркивая тем самым, что речь идет об информации о данном объекте, имеющейся в нашем распоряжении.
В современном понимании модель есть такая мысленная представляемая или материально-реализованная система, которая, отображая или воспроизводя объект исследования, способна в определенном отношении замещать его так, что ее изучение дает нам информацию об этом объекте . При этом не всякое изображение можно назвать моделью, а лишь такое, которое, с одной стороны,
фиксирует именно всеобщее отношение некоторой системы, с другой - обеспечивает его дальнейшее изучение. Сходство между объектами по случайным (несущественным) признакам не может считаться моделью. Поэтому следует различать моделирование и лишь изображение внешних черт изучаемых объектов.
Под моделированием в педагогической науке понимается иногда процесс создания модели, что нам представляется не совсем верным, слишком узким толкованием. Корректнее рассматривать научное моделирование как метод исследования различных объектов на их моделях. Поясним свою мысль.
Моделирование как создание модели - лишь часть процесса познания или процесса исследования1. Созданная модель должна быть зафиксирована каким-либо способом. При этом надо иметь в виду (и мы это продемонстрируем дальнейшим изложением), что зафиксированная тем или иным способом информационная модель неспособна дать большее число выводов о поведении смоделированного объекта, чем те выводы, которые были заложены в нее с самого начала, то есть она статична. Для перехода к динамическому моделированию, динамичной модели необходимо предпринять ряд манипуляций, интеллектуальных действий с этой моделью, преобразовать заложенную в нее информацию. Вот в этом и состоит истинное моделирование, которое собственное и является методом научного познания.
Классификация научных моделей. Одна из классификаций, продолжая высказанную выше мысль, основывается на различиях в способе отображения объекта. Модели, следовательно, могут
1 Познание - творческая деятельность субъекта, ориентированная на получение достоверных знаний о мире. Исследование - процесс и результат научной деятельности, направленный на выявление общих фактов, связей и закономерностей изучаемого процесса или его аспекта.
быть: материальные (вещественные, реальные) и мысленные (идеальные, воображаемые). Первая группа моделей - это макеты, муляжи (пространственно-подобные), а также физически и математически подобные объекты. С ними возможны модельные реальные эксперименты, они существуют объективно. Понятно, что педагогические модели главным образом относятся ко второй группе (см. табл.). Эта группа моделей представлена всевозможными мысленными образованиями, которые строятся по определенным правилам и законам исходя из соображений, продиктованными изучаемыми объектами и наблюдаемыми фактами. Они приобретают материальную форму и выражаются в виде чертежа, схемы, рисунка. Все преобразования с такой моделью, в отличие от моделей первой группы - материальных, осуществляются исследователем в его сознании. Они - основа и компонент мысленного экспериментирования.
Как любое сложное понятие, модели предусматривают многомерную классификацию. Так, различают модели стохастические и однозначно детерминированные; дискретные и непрерывные; простые и сложные; схематические и детальные. Исходя из целевой направленности создаваемой
Классификация моделей по
модели и из характера той стороны объекта, которая подвергается моделированию, они подразделяются на структурные и функциональные. В первом случае изучается структура объекта, во втором - его поведение (функционирование протекающих в нем процессов и т.п.). Понятно, что различение структурного и функционального моделирования приобретает четкий смысл в педагогической науке.
В целом, можно утверждать, что единая классификация видов моделей невозможна в силу многозначности понятия «модель» в различных отраслях наук [подробнее см., напр.: 3].
1) если она демонстрирует поведение, подобное поведению оригинала, выполняет аналогичные функции;
2) если на основе изучения поведения и структуры этой модели можно обнаружить новые особенности или свойства оригинала, не содержащиеся в явном виде в исходном фактическом материале.
Соотношение модели и оригинала. Моделирование значительно расширяет возможности всякого исследования, так как дает возможность изучать
способу отображения объекта
№ п/п Класс моделей Характеристика / примеры
1 Материальные
1.1 Пространственно-подобные Макеты, муляжи
1.2 Физически подобные Обладающие механическими, динамическими, кинетическими и другим физическим подобием с оригиналом
1.3 Математически-подобные Аналоговые, цифровые, функциональные
2 Мысленные (идеальные)
2.1 Образные Гипотетические, аналоги, идеализации, представления
2.2 Знаково-символические Схемы, графики, карты, чертежи, графы, структурные формулы
2.3 Смешанные Иные знаковые системы
Преподаватель XXI 3 / 2013
интересующие нас процессы и явления на моделях с последующим переносом результатом исследования на прототип. Таким образом, моделирование заключается в том, чтобы воспроизвести характеристики некоторого объекта на другом, специально созданном для изучения, который и называется моделью. Поэтому возникает вопрос о соотношении модели и оригинала. Под «оригиналом» мы понимаем объекты, явления, процессы реального окружения.
Смысл моделирования заключается в возможности получения информации об оригинале путем переноса на него знаний, полученных при изучении соответствующей модели. Решающим фактором здесь выступает человеческое мышление, которое способно к абстрагированию.
Процесс моделирования требует установления между оригиналом и моделью некоторых определенных отношений, на основании которых и можно проводить изучение тех или иных сторон изучаемого объекта. Понятно, что модель не может содержать все свойства изучаемого оригинала, поскольку в противном случае становится идентична ему, а потому способна дать информации о нем ровно столько, сколько и оригинал. Следовательно, моделирование как процесс создания модели предполагает выделение некоторых свойств объекта и пренебрежение, отбрасывание других. Таким образом, замещая изучаемое явление моделью, следует указать, в отношении каких свойств модель должна быть изоморфна изучаемому явлению, указать его существенные черты.
Кроме того, существенна не только простота восприятия тех свойств и отношений, которые содержит изоморфная
оригиналу модель, но и простота оперирования с этими свойствами. Это обстоятельство позволяет организовать изучение модели в процессе модельного или мысленного экспериментирования, а получаемые при этом данные могут служить посылами для выводов об оригинале.
Иногда исследователи представляют оригинал системой видовых моделей, которые в комплексе отражают структуру, функцию, назначение, применение оригинала в практике. Полезность представления такого рода состоит во всестороннем раскрытии причинно-следственных связей изучаемого явления. Собранная с позиций системного подхода такая совокупность моделей, способов их выражения и преобразования по сути представляет собой целостную научную теорию изучаемого объекта.
Процесс исследования на основе моделей. Научный метод моделирования состоит из следующих основных этапов:
1) эвристического - формулирование модели системы на основе накопленных фактов, гипотез, теорий об изучаемом процессе;
2) когнитивного - манипулирование моделью и получению с ее помощью определенных выводов, познания существенных признаков в процессе мысленного или модельного эксперимента;
3) прагматического - перенесение полученных выводов на реальную систему (оригинал), в постановке эксперимента для проверки правильности выводов;
4) объяснительного - переформулирование модели в свете результатов такой проверки.
Эти этапы также представляют модельный эксперимент - лабораторное исследование изучаемого объекта на его
2 Изоморфизм - взаимно однозначное соответствие.
материальных моделях. Понятно, что модельное экспериментирование имеет свою специфику по сравнению с обычным: возрастает роль и удельный вес теоретических средств исследования.
Процесс исследования на основе
моделирования - итерационный3 процесс. Выделенные выше четыре этапа циклически повторяются каждый раз на более высоком уровне обобщенности. При этом после каждой итерации у исследователя появляется новое знание об оригинале.
Процесс моделирования изображен на схеме, на которой сплошная стрелка характеризует непосредственное воздействие на объект, прерывистая - отношение модели к оригиналу.
Таким образом, исследовательская схема оригинал - модель - оригинал начинается с первичного представления об объекте, корректируется на основе модели, правомерность ее подтверждается вновь примерами реальной действительности, но на более высоком уровне абстракции. При этом этап восхождения к оригиналу после формирования и корректировки модели является важнейшим аспектом исследования, поскольку способствует познанию реальной действительности, ее закономерностей и взаимозависимостей, прогнозированию поведения изучаемого объекта в контексте последствий решений.
В контексте исследовательской деятельности важно иметь в виду два обстоятельства.
Во-первых. Моделирование, отображая существенные с точки зрения цели исследования свойства оригинала и отвлекаясь от остальных, обязательно предполагает использование абстрагирования и идеализации. От уровня этих
абстракций и идеализаций зависит весь процесс переноса знаний с модели на оригинал. В таком случае уместно выделять модели различного уровня: потенциальной осуществимости; реальной осуществимости (хотя бы и в далеком будущем); практической целесообразности (перенос знаний с модели на оригинал желателен для решения конкретных практических задач) [см., напр.: 4].
Во-вторых. Модель не может быть тождественна оригиналу - тогда зачем она? Если предметом моделирования являются сложные системы, поведение которых зависит от значительного числа взаимосвязанных факторов различной природы, то такие системы отображаются в различных моделях. При этом одни из моделей могут быть близкими друг к другу, другие же могут оказаться существенно различными. Следовательно, ситуация, когда создаются взаимодополняющие или противоречащие друг другу модели, может иметь место. В ходе развития науки и появления моделей более глубокого уровня, возникшие противоречия устраняются. Это обстоятельство чрезвычайно важно для педагогического исследования.
Вопрос об истинности и ложности моделей. Вопрос о соотношении модели и оригинала естественным образом поднимает вопрос о соответствии или несоответствии модели оригиналу. В таком случае можно говорить об истинности или ложности модели. Истинность или ложность присущи моделям, поскольку они всегда детерминируются определенным уровнем научного знания, а также в силу наличия или отсутствия изоморфизма модели изучаемому процессу. При этом в отношении одних свойств оригинала модель может
3 Итерационный процесс - приближение к конечной точке на основе последовательности мелких шагов - итераций.
Преподаватель XX
Исследователь
Схема. Процесс исследования на основе моделирования
быть изоморфна, и тогда она истинна, в отношении других - неизоморфна, и тогда вопрос об истинности не стоит.
Вопрос о соотношении в модели истины абсолютной и относительной может быть решен следующим образом. Ни одна модель не может дать абсолютно полного и абсолютно точного отражения оригинала, поскольку это следует из самого определения модели как упрощенного образа, не обладающего изоморфизмом с объектом на всех уровнях абстракции и во всех отношениях. Однако научные модели содержат элементы абсолютной истины в форме истины относительной (Ю.А. Гастев). В самом деле:
Характер любой модели исторически преходящий в силу непрерывности и неограниченности процесса познания;
Модель всегда содержит элементы условности, научной фантазии и авторского произвола;
Модель носит частичный, а не всеобъемлющий характер.
Но именно это и делает модели методом научного исследования.
Возможности метода. Принципиальной особенностью метода моделирования, отличающей его от других
1. Особое значение приобретает метод моделирования в тех случаях, когда эмпирическая картина изучаемого явления неполна, не детализирована. Моделирование позволяет синтезировать имеющиеся знания об объекте, выявить важные для исследования неизученные стороны.
2. Психолого-педагогические объекты отличаются от объектов другой природы необычайной сложностью. Отдельные изучаемые явления (например, психические процессы) не выступают перед исследователем в явном виде, а носят скрытый или опосредованный характер. Такие процессы иногда трудно исследовать, не нарушая их. Эти процессы многоплановы, они зависят от множества случайных и субъективных факторов. Целесообразность изучения этих процессов на основе модельного экспериментирования обусловлена тем, что позволяет выделить для изучения внутренние, существенные зависимости явления, при этом абстрагируясь от «шума» - отвлекающих несущественных свойств оригинала.
3. Моделирование рассматривается как высшая и особая форма наглядности. Оно помогает систематизировать знания об изучаемом явлении или процессе, предсказать пути описания и познания, намечает структуру связей между компонентами, открывает возможность для более глубокого проникновения в суть явления, для управления
ими, для выявления путей улучшения характеристик изучаемых явлений и процессов. Психологическая функция модели, таким образом, состоит в том, что она служит как бы внешней опорой внутренних действий.
4. Моделирование - универсальный метод исследования. Он может применяться как на теоретическом уровне исследования для построения теории или освоения, так и на эмпирическом путем организации эксперимента. Помимо этого, уникальность метода состоит в том, что позволяет переносить выявленные теоретические положения в практику и наоборот, подмеченные практические факты включать в существующую теорию, обеспечивая таким образом устойчивую органическую связь теории с практикой. Поэтому метод моделирования нельзя с уверенностью отнести ни к теоретическим, ни к эмпирическим методам исследования.
Принципы моделирования как метода научного исследования.
1. Наглядности - очевидная выразительность модели: конструктивная, знаковая, символическая, изобразительная, функциональная.
2. Определенности - четкое выделение существенных сторон объекта изучения и несущественных.
3. Объективности - независимость исследовательских выводов от личных убеждений исследователя.
Гностические функции моделей. Представление ученого о возможных функциях моделей в процессе познания способствует целеполаганию в его исследовании.
1. Отражательная. Сущность модели - не в копировании объекта, а в описании его поведения, при этом модель -вторична по отношению к оригиналу. Модель - это сознательно созданный
гносеологический образ объекта, используемый в целях его познания. Поэтому велико значение моделирования в процессах упрощения, идеализации, в абстракции потенциальной осуществимости. Она позволяет мысленно представить и проанализировать так называемые предельные случаи, которые в действительно не реализуются, сделать выводы, проверяемые экспериментально.
2. Конкретизации. Модель - это способ конкретизации изучаемых сторон объекта. Это достигается на основе детализации абстрактных конструктов, а также путем построения дополнительных моделей. Таким образом, мысленные модели помогают диалектически связать абстрактное и конкретное.
3. Интерпретационная. Эта функция моделей реализуется в двух аспектах: модель как интерпретация формальной теории; модель как интерпретация наблюдаемых явлений. При использовании моделей в качестве интерпретации процессов и явлений они позволяют дать сначала гипотетическое, а после опытной проверки - объяснение наблюдаемых фактов. Тем самым в процессе итерационного моделирования осуществляется переход от интерпретирующей модели к модели объясняющей. Таким образом, модель, с одной стороны, реализует теорию, с другой - гомоморфно отображает действительность.
4. Объяснительная. Эта функция заключается в том, что модельное причинное объяснение строится на основе сходства объясняемого явления с уже получившим достоверное причинное объяснение явлением. Подмечая внешнее сходство в чем-либо двух явлений, исследователь делает предположение о сходных причинно-следственных зависимостях. Объяснение на основе моделей, таким образом, строится по следующей
Преподаватель век
схеме: (1) описывается модель, ее причинные законы; (2) описываются правила перевода информации, полученной на модели, в информацию об оригинале; (3) фиксируется вероятностный характер модельного причинного объяснения как бы в противовес отсутствующим причинным связям в оригинале.
5. Прогностическая. Эта важная познавательная функция моделей состоит в том, чтобы служить импульсом, источником новых теорий. Нередко бывает так, что теория первоначально возникает в виде модели, дающей приближённое, упрощённое объяснение явления. В процессе моделирования могут возникнуть новые идеи и концепции, то есть модель выступает в качестве рабочей гипотезы последующего исследования.
Педагогические модели. В моделях, относящихся к педагогическим наукам, представляется фрагмент определенной природной и (или) социальной реальности, продукта человеческой культуры. При этом функциональные модели отображают педагогические явления, например, модель школы как системы управления, и педагогические процессы, например, модель деятельности куратора студенческой группы.
Структурные модели чаще представлены моделями личности как ориентирами для целей образования - модель учителя, модель ученика и др. Модель личности при этом понимается как диагностическое описание со всей возможной полнотой всех существенных для жизнедеятельности в современном мире сторон, свойств и качеств личности. Например, термин «модель учителя» именно в этом плане и следует понимать. Модель учителя - это мысленный образ оригинала идеального профессионала, включающий квалификационные харак-
теристики и профессиограмму. Очевидно, что модель учителя включает не все его качества, а только существенные. Это эталон, который вполне уместно использовать в характеристике педагога, целесообразно применять в научном исследовании педагогической профессии, однако для конкретной практической деятельности его использование, очевидно, имеет ограничения.
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ
1. Штофф В.А. Моделирование и философия. - М.: Наука, 1966.
2. Сластенин В.А., Фрумкин М.Л. Обучение студентов решению педагогических задач // Советская педагогика. - 1984. - № 7.
3. Аношкин А.П. Основы моделирования в образовании: Учебное пособие. - Омск: Изд-во ОмГПУ, 1998.
4. Гастев Ю.А. Модель // Философская энциклопедия. - Т. 3. - М., 1964.
5. Бабанский Ю.К. Проблемы повышения эффективности педагогических исследований. - М.: Педагогика, 1982.
6. Бирюков Б.В., Геллер Е.С. Кибернетика в гуманитарных науках. - М., 1973.
7. Братко А.А. Моделирование психики. -М., 1969.
8. Гастев Ю.А. О гносеологических аспектах моделирования // Логика и методология науки. - М., 1967.
9. Давыдов В.В. Виды обобщений (психолого-педагогические проблемы построения учебных предметов). - М., 1972.
10. Землянская Е.Н. Социализация младших школьников в процессе экономической подготовки. - М.: МПГУ, 2006.
11. Кан-КаликВ.А., Никандров Н.Д. Педагогическое творчество. - М.: Высшая школа, 1990.
12. Кочергин А.Н. Роль моделирования в процессе познания // Некоторые закономерности научного познания. - Нсб., 1964.
13. Кузьмина Н.В. Методы исследования педагогической деятельности. - Л., 1970.
14. Мизинцев В.П. Применение моделей и методов моделирования в дидактике. -М.: Знание, 1977. ■
Одним из наиболее распространенных терминов в сфере человеческой деятельности является «модель», поскольку трудно найти еще одно понятие, которое включало бы в себя настолько широкий объем информации. В целом модель представляет собой такой материальный или мысленный объект, который в процессе своего исследования может заместить объект-оригинал, либо же при его изучении предоставить новую информацию касательно его усовершенствования или модернизации. Метод моделирования является одним из наиболее распространенных на сегодняшний день, благодаря чему исследователь получает возможность не только применить практические знания при построении новой конструкционной схемы, но и принять то или иное решение. Важно заметить, хорошо действует в производственной сфере при разработке новых решений в плане строительства, усовершенствования завода или фабрики, конструировании новых типов самолетов, автомашин, поездов и та далее. Помимо этого, метод моделирования нашел широчайшее применение и в экономической сфере, поскольку сегодня ни одна вывода на рынок не обходится без него.
Следует учесть, что в обязательном порядке включает в себя конструирование научных гипотез, построение абстракций, а также умозаключение по аналогиям. Главной особенностью этого метода является то, что здесь процесс познания происходит с помощью объектов-заместителей, а сама модель выступает в форме своеобразного инструмента этого познания. Необходимость использования этого метода возникает в связи с тем, что многие объекты просто невозможно исследовать другим способом, или же это требует достаточно много времени, сил и средств.
Итак, метод моделирования включает в себя три главных составляющих элемента:
- Субъект исследования (тот, кто исследует).
- Объект исследования (то, на что направлен поиск).
- Непосредственно саму модель, которую выстраивает субъект по отношению к объекту.
Существует множество разновидностей моделей, которые можно конструировать в ходе исследования какого-либо объекта. Ее познавательные возможности обуславливаются тем, что в ходе самого исследования модель отражает существенные черты объекта, который является оригинальным по отношению к исследуемому. Для того чтобы проанализировать сходство оригинала и нового объекта, следует также провести соответствующие исследования. Также следует учесть, что если модель становится полностью тождественной по отношению к оригиналу, то она по сути утрачивает свой смысл. Ведь метод математического моделирования в обязательном поряде должен привести к получению новых данных относительно того или иного объекта, поскольку именно в этом и заключается его смысл.
Важно также понимать, что для одного и того же объекта может быть выстроено несколько моделей, которые будут отличаться своими характеристиками, в зависимости от конкретной ситуации. Ведь существуют такие черты объекта, которые могут быть только замещены другими, без возможности использования их одновременно. Поэтому метод моделирования также может замещать оригинал в строго ограниченном смысле, поскольку даже в вопросах детализации здесь могут быть существенные различия.
Благодаря современным компьютерным технологиям и последним программным разработкам, к поиску новых способов моделирования можно подключить «искусственный интеллект», который за короткий промежуток времени сможет выдать большое количество решений того или иного вопроса. Благодаря этому методы математического моделирования сегодня чрезвычайно популярны практически во всех сферах человеческой деятельности, вследствие чего мы можем наблюдать ускоренное развитие науки и техники. Также можно надеяться, что в самом ближайшем будущем с помощью методов моделирования можно будет решить глобальные вопросы человечества, над которыми работают десятки тысяч ученых всего мира вот уже на протяжении нескольких последних десятилетий.
Лекция 11_1. "Моделирование как метод познания"
Нас окружает необычайно интересный и сложный мир, познавать который человек начинает с ранних лет.
Детские игрушки похожи на объекты, окружающего мира: людей, животных, автомобили, здания и т. п.
Играя в различные игры, дети воспроизводят отношения, которые складываются в обществе («дочки-матери», «космонавты», «больница» и т. п.)
В школе на уроках в качестве наглядных пособий используются различные макеты, муляжи, карты, схемы, таблицы. Все это служит для изучения тех объектов, явлений и процессов, которые сложно или невозможно изучить непосредственно.
В своей профессиональной деятельности – научной, практической, художественной – человек также использует модели, т.е. создает образ того объекта (процесса или явления), с которым ему приходится иметь дело.
К созданию моделей прибегают, когда исследуемый объект либо очень велик (модель Солнечной системы), либо очень мал (модель атома), когда процесс протекает очень быстро (модель двигателя внутреннего сгорания) или очень медленно (геологические модели), исследование объекта может привести к его разрушению (модель самолета) или создание объекта очень дорого (архитектурный макет города) и т.д.
Таким образом, создание и исследование моделей является неотъемлемым элементом любой целенаправленной деятельности.
Модели позволяют представить в наглядной форме объекты и процессы , недоступные для непосредственного восприятия.
Строгие правила построения моделей сформулировать невозможно, однако человечество накопило богатый опыт моделирования различных объектов и процессов.
Что же такое модель ?
В реальной жизни этот термин имеет множество значений:
Модель (фр. modele , ит. modello , лат. modulus - мера, образец ) - это :
некоторое упрощенное подобие реального объекта;
воспроизведение предмета в уменьшенном или увеличенном виде (макет);
схема, изображение или описание какого-либо явления или процесса в природе и обществе;
физический или информационный аналог объекта , функционирование которого по определенным параметрам подобно функционированию реального объекта;
новый объект (реальный, информационный или воображаемый), отличный от исходного, который обладает существенными для целей моделирования свойствами и в рамках этих целей полностью заменяет исходный объект.
Наглядные модели часто используются в процессе обучения . Например, в курсе географии первые представления о нашей планете Земля мы получаем, изучая ее модель - глобус.
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 макеты. В процессе разработки летательных аппаратов поведение их моделей в воздушных потоках исследуют в аэродинамической трубе.
Развитие науки невозможно без создания теоретических моделей (теорий, законов, гипотез), отражающих строение, свойства и поведение реальных объектов. Создание новых теоретических моделей иногда коренным образом меняет представление человечества об окружающем мире (гелиоцентрическая система мира Коперника, модель атома Резерфорда-Бора, модель расширяющейся Вселенной, модель генома человека).
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.
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.
Моделями могут служить не только реальные объекты, но и «абстрактные, идеальные построения. Типичным примером служат математические модели. В результате деятельности математиков, логиков и философов, занимающихся исследованием оснований математики, была создана теория моделей.
Вероятно, первыми моделями, которые замещали реальные объекты, были языковые знаки. Они возникли в ходе развития человечества и постепенно превратились в разговорный язык. Первые наскальные рисунки (петроглифы), имеющие возраст в 200 тысяч лет, были графическими моделями, которые изображали бытовые сцены, животных и сцены охоты. Следующим этапом развития моделирования можно считать возникновение систем счисления и числовых знаков.
Моделирование получило развитие ещё в Древней Греции. В V-III вв. до н. э Птолемей создал геометрическую модель Солнечной системы, а Гиппократ использовал для изучения строения глаза человек глаз быка (как физическую модель глаза).
Цель моделирования
Рассмотрим несколько примеров моделей, созданных с разной целью:
· тренажер, для обучения управлением самолетом;
· манекен для примерки одежды;
· план Московского Кремля
· таблица Менделеева.
Попробуйте сами определить, для какой цели была создана каждая из перечисленных моделей, и кому она может быть полезна?
Как видно из примеров, человек создает модели объектов, которые позволяют решать самые разнообразные задачи:
· создание объектов с заданными свойствами;
· объяснение известных фактов;
· построение гипотез;
· получение новых знаний об исследуемых объектах;
· прогнозирования;
· управления и пр.
Разные науки исследуют объекты и процессы 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 так далее.
Каждый объект имеет большое количество различных свойств . Никакая модель не может заменить сам объект. Но при решении конкретной задачи, когда нас интересует определенное свойство изучаемого объекта, модель оказывается полезным, а подчас и единственным инструментом исследования.
В процессе построения модели выделяются главные, наиболее существенные для проводимого исследования свойства.
Например : В процессе исследования аэродинамических качеств модели самолета в аэродинамической трубе важно, чтобы модель имела геометрическое подобие оригинала, но не важен, например, ее цвет.
Разные науки исследуют объекты и процессы 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 так далее.
Возьмем 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.
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.
Термин «адекватность» (происходит от лат. adaequatus - «приравненный, равный») означает верное воспроизведение в модели связей и отношений объективного мира. Этим термином характеризуется качество созданной модели.
От модели не требуется достоверности - в этом случае получится не модель, а копия. Степень соответствия определяется целями моделирования. Излишнее сходство с оригиналом столь же бесполезно, как и недостаточное.
Например, детские игрушки - это модели реальных объектов. Уровень соответствия зависит от возраста ребенка. Игрушки для маленьких детей обычно моделируют только форму объекта. Например, модель автомобиля для ребенка трех-четырех лет адекватна, если она имеет кузов, кабину, четыре вращающихся колеса и сохраняет пропорции реальной машины. В более сложных игрушках моделируется взаимодействие между элементами исходного объекта: открываются двери и капот, работают элементы рулевого управления.
Адекватность теоретических моделей законам реального мира проверяется с помощью опытов и экспериментов.
С другой стороны, разные объекты могут описываться одной моделью. Так, в механике различные материальные тела (от планеты до песчинки) могут рассматриваться как материальные точки.
Домашнее задание - конспект
