Человечество в своей деятельности (научной, образовательной, технологической, художественной) постоянно создает и использует модели окружающего мира.
Рассмотрим ряд примеров.
1. Что больше всего любят дети? Конечно же, играть. В машинки, самолетики, куклы, мишек, солдатиков и т.п. Общим свойством всех этих игрушек является то, что они похожи на людей, животных, настоящие машины, самолеты; они как бы представляют все эти объекты в детских играх. Всевозможные конструкторы позволяют строить макеты зданий, космических станций, создавать интерьеры комнат. Играют в различные «сюжетные» игры: в дочки-матери, больницу, школу. В этом случае дети в игре воспроизводят (моделируют) отношения, которые имеют место в реальной жизни и деятельности людей.
2. 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 и др.
3. Чтобы объяснить, почему для европейцев январь – зимний месяц, а для австралийцев – летний, не обойтись без показа двух шариков или рисунка, объясняющих, каким образом Земля вращается вокруг своей оси и вокруг Солнца.
4. Конструкторы при разработке новых самолетных двигателей должны проверить, как они поведут себя в сложных полетных условиях. Осуществлять проверку в реальных условиях – значит, подвергать опасности жизнь летчика-испытателя, да это и не всегда возможно. Но можно смоделировать все возможные полетные условия на специальных испытательных стендах. Это и безопасней, да и диапазон условий может быть значительно шире. А если использовать компьютерное моделирование, основанное на знании физических законов и математических закономерностей работы двигателя, можно значительно сократить программу стендовых испытаний и получить реальную экономию времени, средств, материалов.
5. Развитие науки невозможно без создания теоретических моделей (теорий, законов, гипотез и пр.), 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 и пр.). Адекватность теоретических моделей законам реального мира проверяется с помощью опытов и экспериментов.
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. 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 пр.
7. Любая экономическая реформа, будь то изменение налогового законодательства или пересмотр ценовой политики, увеличение инвестиций на развитие некоторой отрасли или сокращение рабочих мест, затрагивает интересы многих людей. Проведение реальных экспериментов с экономическими системами требует значительных затрат и имеет иногда необратимые последствия и чаще всего неразумно. Имитационное моделирование – один из способов исследований систем без осуществления реальных экспериментов.
8. 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 и др.). 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.
Попытаемся сформулировать, что общего во всех приведенных примерах, описывающих различные модели.
Во-первых, во всех примерах есть некоторый объект (автомобиль, самолет, семейные отношения, экономические отношения и т.д.), который мы хотим как-то описать или представить. Объект – некоторая часть окружающего нас мира, которая может быть рассмотрена как единое целое.
Во-вторых, любая модель каким-то образом соответствует объекту, подобна ему. Причем соответствие может быть:
Ÿ по внешнему виду (похожесть);
Ÿ по структуре (выделены составляющие элементы объекта и указаны их взаимосвязи);
Ÿ по поведению (модель реагирует на внешнее воздействие таким же образом. как это делает объект).
В-третьих, любая модель строится в соответствии с некоторой целью, которая заранее определяется тем, кто строит модели, т.е. субъектом моделирования.
В-четвертых, модель является либо представлением (реальным, воображаемым или изобразительным), либо описанием некоторых свойств объекта. Свойства объекта – совокупность признаков объекта, по которым его можно отличить от других объектов. Те или иные свойства выбираются в зависимости от того, с какой целью строится модель, для чего она предназначена. Такие свойства называются существенными для данной модели с точки зрения цели моделирования. Существенность и несущественность определенных свойств и признаков – понятия относительные, они зависят от решаемой задачи.
Например, скульптор, стремясь передать внешнее сходство статуи с человеком, не будет «размещать» внутри своего произведения внутренние органы – сердце, легкие. Мозг и т.д. А ученый-анатом прежде всего будет интересоваться строением внутренних органов, но вряд ли он будет стараться сделать свою модель похожей на конкретного человека.
В-пятых, модель создается для получения информации об объекте, необходимой для решения поставленной задачи. 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.
Итак, модель – это новый объект, который отражает существенные особенности изучаемого объекта, явления или процесса.
Некоторые свойства объекта моделирования могут быть выражены величинами. принимающими числовые значения. Такие величины носят название параметров модели.
Термин «модель» имеет в реальной жизни множество значений:
Ÿ некоторая уменьшенная копя какого-то предмета (радиоуправляемая модель самолета, макет застройки жилого района, муляж яблока);
Ÿ математическая формула (модель полета тела, брошенного под углом к горизонту, модель расчета заработной платы);
Ÿ схема физического процесса, явления (модель движения планет Солнечной системы, модель работы двигателя внутреннего сгорания);
Ÿ описание последовательности действий (модель сборки изделия, модель разбора предложения по составу);
Ÿ образец для подражания (фотомодель);
Ÿ эталон чего-либо (модель метра, модель килограмма) и т.д.
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 т.д.
Возьмем в качестве примера человека – в разных науках он исследуется в рамках различных моделей. В механике его можно рассматривать как материальную точку, в химии – как объект, состоящий из различных химических веществ, в биологии – как систему, стремящуюся к самосохранению.
С другой стороны, разные объекты могут описываться одной моделью. Так, в механике различные материальные тела (от песчинки до планеты) часто рассматриваются как материальные точки.
Таким образом, один и тот же объект иногда имеет множество моделей, а разные объекты описываются одной моделью.
