Роль моделирования в познавательной и практической деятельности

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ВЫСШЕМУ

ОБРАЗОВАНИЮ

НОВОЧЕРКАССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Саенко Андрей Владимирович

соискатель кафедры

“Программного обеспечения вычислительной техники”

РЕФЕРАТ

НА ТЕМУ

РОЛЬ МОДЕЛИРОВАНИЯ В ПОЗНАВАТЕЛЬНОЙ И

ПРАКТИЧЕСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

РУКОВОДИТЕЛЬ ПО КАФЕДРЕ ФИЛОСОФИИ Ефимов В.И.

к. ф. н., доцент

каф. философии

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ Воронцов Г.В.

профессор, д.т.н.

НОВОЧЕРКАССК 1997 г

ОТЗЫВ НА РЕФЕРАТ

по философии “Роль моделирования в познавательной и

практической деятельности” соискателя

Саенко Андрея Владимировича

Реферат содержит тезисы, аннотацию, введение и две главы.

В первой главе дан краткий обзор понятий: модель (моделирование), аналогия и подобие. Приводится классификация моделей, а также сравнение наиболее распространенных способов моделирования. Показано историческое развитие моделтрования.

Научной основой моделирования является аналогия и поэтому приведены основные виды аналогии и показано разница между аналогией и моделью. При рассмотрении аналогии в реферате приведены нормативные условия, соблюдение которых повышает степень достоверности заключения по аналогии и обеспечивают правильность умозаключений.

Вторая глава посвящена определению роли моделирования в познавательной и практической деятельности.

При решении любой задачи основную роль играют эксперимент и модель. Обсуждается роль моделирования, как методологии эксперимента.

Область применения моделей все время расширяется. В пункте 2.3. приведены примеры различного применения моделирования в технике. Особую роль играет моделирование общественно-исторических процессов. Описывается применение моделирования в социальных сферах: экономике, педагогике, экологии, политике и т. д. Определены ограничения социального эксперимента.

В заключении рассматривается роль моделирования в прогнозировании развития природы и общества.

Реферат написан грамотно и аккуратно. Тема имеет актуальное значение и раскрыта в работе широко.

Научный руководитель профессор. д. т. н. Воронцов Г.В.

ТЕЗИСЫ

к реферату по философии “Роль моделирования в познавательной и

практической деятельности”

“Модель - это система, исследование которой служит средством для получения информации о другой системе”. Модели классифицируют исходя из наиболее существенных признаков объектов. Понятие “модель” возникло в процессе опытного изучения мира. Первыми, кто применил модели на практике, были строители.

Способы создания моделей различны: физический, математический, физико-математический.

Физическое моделирование характеризуется тем, что исследования проводятся на установках, обладающих физическим подобием, т. е. сохраняющих полностью или хотя бы в основном природу явлений.

Более широкими возможностями обладает математическое моделирование. Это способ исследования различных процессов путем изучения явлений, имеющих различное физическое содержание, но описываемых одинаковыми математическими моделями. Математическое моделирование имеет огромное преимущество перед физическим, поскольку нет необходимости сохранять размеры модели. Это дает существенный выигрыш во времени и стоимости исследования.

Научной основой моделирования служит теория аналогии. Под аналогией понимают сходство объектов по их качественным и количественным признакам. Аналогия неразрывно связана с моделью, но нельзя путать эти два понятия. Это среднее опосредующее звено между моделью и объектом. Функция такого звена заключается в сопоставлении различных объектов, обнаружении и анализе объективного сходства определенных свойств, отношений, присущих этим объектам. С нормативными условиями, которые повышают степень достоверности заключения по аналогии и обеспечивают правильность умозаключений, можно познакомится на странице ???.

При решении любой задачи основную роль играют эксперимент и модель, а также анализ полученных результатов. Модель дает правильно поставленный эксперимент, а эксперимент уточняет модель. Эксперимент имеет два направления: обработка результатов и планирование эксперимента.

Достоверность модели достигается посредством наблюдения и логически правильной обработки данных.

Моделирование широко применяется в технике. Это и исследование гидроэнергетических объектов и космических ракет, специальные модели для наладки приборов управления и тренировки персонала, управляющего различными сложными объектами. Многообразно применение моделирования в военной технике. В последнее время особое значение пробрело моделирование биологических и физиологических процессов.

Общеизвестна роль моделирования общественно-исторических процессов. Применение моделей поволяет проводить контролируемые эксперименты в ситуациях, где экспериментирование на реальных объектах является практически невозможным или по каким-то причинам (экономическим, нравственным и т. д.) нецелесообразным.

Большое значение на современном этапе развития науки и техники приобретают задачи предсказания, управления, распознавания. Метод эволюционного моделирования возник при попытке воспроизведения на ЭВМ поведения человека. Эволюционное моделирование было предложено как альтернатива эвристическому и бионическому подходу, моделировавшему мозг человека в нейронных структурах и сетях. При этом основная идея звучала так: заменить процесс моделирования интеллекта моделированием процесса его эволюции.

Таким образом, моделирование превращается в один из универсальных методов познания в сочетании с ЭВМ. Особо хочется подчеркнуть роль моделирования - бесконечную последовательность уточненных представлений о природе.

Содержание

стр.

Введение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1. Определение понятий моделирования, модели, аналогии и

подобия. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.1. Определение понятия модель (моделирование). Классифи-

кация моделей и методов моделирования. . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.2. История развития моделирования. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.3. Аналогия и подобие, их соподчиненность. . . . . . . . . . . . .

2. Роль моделирования в познавательной и практической деятель-

ности. Феноменологический метод познания. . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.1. Моделирование как способ и средство описания мира. . . .

2.2. Модель и эксперимент. Достоверность модели. . . . . . . . . . .

2.3. Моделирование в технике. “Виртуальная” реальность. . . .

2.4. моделирование общественно-исторических процессов. . .

2.5. Прогнозирование развития природы и общества. . . . . . . .

Список литературы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

АННОТАЦИЯ

В реферате приведен краткий обзор понятий модели ( моделирования), аналогии и подобия. Приводится классификация моделей, а также сравнение наиболее распространенных способов моделирования.

Как известно, научной основой моделирования является аналогия, поэтому приведены основные виды аналогии и показана разница между аналогией и моделью. При рассмотрении аналогии в реферате даны понятия умозаключений по аналогии, а также нормативные условия, соблюдение которых повышает степень достоверности заключения по аналогии и обеспечивает правильность умозаключений.

Вторая глава посвящена определению роли моделирования в позна-вательной и практической деятельности.

При решении любой задачи основную роль играют эксперимент и модель. Обсуждается роль моделирования как методологии эксперимента.

Область применения моделей все время расширяется. В пункте 2.3. приведены примеры применения моделирования в технике. Особую роль играет моделирование общественно-исторических процессов.

В заключении рассматривается роль моделирования в прогнозировании развития природы и общества.

Введение

Моделирование в настоящее время привлекает пристальное внимание и получило необычайно широкое применение во многих областях знаний: от философских и других гуманитарных разделов знаний до ядерной физики и других разделов физики, от проблем радиотехники и электротехники до проблем механики и гидромеханики, физиологии и биологии и т. д. Превратилось: а) в общенаучный, в высшей степени эффективный инструмент познания; б) в метод прогнозирования инженерно-конструкторских разработок; в) в метод машинной имитации долгосрочных программ и планов в области экономики, анализа и оценки различных вариантов принимаемых ответственных решений и последствий их реализации.

Тема диссертации “Аналитическое конструирование систем активного гашения колебаний многомерных наблюдаемых конструкций” предполагает создание модели высотного или протяженного сооружения и модели системы управления гашением колебаний конструкции при внешних воздействиях (землетрясения, ветровые нагрузки).

Структура реферата включает общую характеристику термина “модель”, классификацию моделей. Так как аналогия является научной основой моделирования кратко, дается понятие этого термина и его отличия от модели. Показано историческое развитие моделирования.

Дается сравнение модели и эксперимента, приводятся примеры моделирования в технике, моделирования: общественно - исторических процессов и процессов развития природы и общества.

1. Определение понятий моделирования, модели, аналогии и подобия

1.1. Определение понятия модель (моделирование). Классификация моделей и методов моделирования

“Под моделью - понимается такая мысленно представляемая или материально реализованная система, которая отображает и воспроизводит объект так , что ее изучение дает новую информацию об этом объекте”.(Штоф В.А. Моделирование и философия М., 1966; c.19.)

“Модель - это система, исследование которой служит средством для получения информации о другой системе”.(Уемов А.И. Логические основы метода моделирования, c.48).

моделирование - главный способ познания нами нас самих и окружающего мира. Определяя гносеологическую роль моделирования, отметим многообразие моделей в науке и технике. Моделируемый объект называется оригиналом, моделирующий - моделью. Модели классифицируют исходя из наиболее существенных признаков объектов [1]. Этими признаками являются:

1) закон функционирования и характерные особенности выражения свойств и отношений оригинала;

2) основания для преобразования свойств и отношений модели в свойства и отношения оригинала.

модели можно разделить:

- по первому признаку на логические (по законам логики в сознании человека) и материальные (по объективным законам природы) модели;

- в свою очередь логические модели делятся на образные, знаковые, образно-знаковые (смешанные) модели;

- материальные модели - на функциональные, геометрические, функционально-геометрические модели;

- функциональные и функционально-геометрические модели в зависимости от физической однородности и разнородности с оригиналом разделяются на физические и формальные;

- по второму признаку различают условные (на основании условия или соглашения), аналоговые (на основании умозаключения по аналогии, непрерывные) и математические (математические методы выражения) модели;

- из математических моделей можно выделить расчетные ( математическое представление - формулы, уравнения, графики, алгоритмы и т.д.) и соответственные (математические зависимости) модели;

- из соответственных выделяются подобные модели ( пропорциональность переменных величин к соответствующим переменным оригинала);

- подобные модели могут быть логическими и материальными;

- подобные материальные модели разделяют на аналоговые ( непрерывные), цифровые (дискретные) и аналого-цифровые ( комбинированные и гибридные) модели.

В общем случае процесс моделирования состоит из следующих этапов:

1. Постановка задачи и определение свойств оригинала, подлежащих исследованию.

2. Констатация затруднительности или невозможности исследования оригинала в натуре.

3. Выбор модели, достаточно хорошо фиксирующей существенные свойства оригинала и легко поддающейся исследованию.

4. Исследование модели в соответствии с поставленной задачей.

5. Перенос результатов исследования модели на оригинал.

6. Проверка этих результатов.

Основными задачами являются: во-первых, выбор моделей и, во-вторых, перенос результатов исследования моделей на оригинал.

В диссертации предполагается составление и исследование математической модели системы гашения колебаний конструкции, при различных возмущающих усилиях.

1.2. История развития моделирования

Исторически первыми моделями как заместителями некоторых объектов были, несомненно, символические условные модели. Ими являлись языковые знаки, естественно возникшие в ходе развития человечества и постепенно составившие разговорный язык.

Следующим этапом развития моделирования можно считать возникновение знаковых числовых обозначений. Сведения о результатах счета первоначально сохранился в виде зарубок. Постепенное совершенствование этого метода привело к изображению чисел в виде цифр как системы знаков. Можно предположить, что именно зарубки были прототипом римских цифр I, II, III, V, X.

Дальнейшее развитие знаковых моделей связано с возникновением письменности и математической символики. Наиболее древние письменные тексты, известные в настоящее время, относят примерно к 2000 г. до н. э.(Египет и Вавилон). Есть основания полагать, что вавилоняне уже пользовались понятием подобия прямоугольных треугольников.

Значительное развитие моделирование получает в древней Греции в V-III вв. до н. э. Была создана геометрическая модель Солнечной системы, врач Гиппократ для изучения человеческого глаза воспользовался его физической аналогичной моделью - глазом быка, математик Евклид создал учение о геометрическом подобии.

По мере развития и укрупнения механического производства, металлургии, кораблестроения, градостроения и т. д., все чаще обнаруживается недостаточность геометрического подобия физически однородных объектов для прогнозирования свойств объектов больших размеров на основании свойств объектов меньших размеров.

Первый шаг в развитии учения о подобии при физическом моделировании был сделан И. Ньютоном (1643-1727), который сформулировал условия подобия механических явлений. Далее развитие длительное время шло путем определения частных условий подобия для явлений только определенной физической природы - работы И. П. Кулибина (1735-1818) и Л. Эйлера (1707-1783) в области строительной механики, В. Л. Кирпичева (1845-1913) в области упругости и др.

И наконец, в 1909-1914 гг. Н. Е. Жуковским, Д. Релеем, Ф. Букингемом была сформулирована теорема, позволяющая установить условия подобия явлений любой физической природы.

Параллельно шло развитие логического моделирования в знаковой форме, это прежде всего развитие математики. В конце XVI в. Д. Непер (1550-1617) изобрел логарифмы. В конце XVII в. И. Ньютон и Г. Лейбниц (1646-1716) создали дифференциальное исчисление. Получают развитие численные методы решения различных задач.

К первым вычислительным устройствам можно отнести счеты (XV-XVI в.), логарифмическую линейку (начало XVII в.). Длительное время вычислительные устройства были исключительно механическими - арифмометр, счетно - решающие механизмы и т. п. И только в 30-х гг. нашего столетия начинается развитие электрических аналоговых и цифровых вычислительных устройств.

И первые обобщения двух направлений материального моделирования - а) физического и б) формального с помощью вычислительных устройств были сделаны В. А. Вениковым (1949 г.) и Л. И. Гутенмахером (1949 г.), а затем получили дальнейшее развитие у И. М. Тетельбаума (1959 г.), А. М. Сучилина (1964 г.), П. М. Алабужева (1968 г.). Философские концепции основных общих вопросов моделирования отражены В. А. Штоффом, И. Б. Новиковым, Н. А. Уемовым и др. [2].

1.3. Аналогия и подобие, их соподчиненность

Научной основой моделирования служит теория аналогии, в частном случае - физического и аналогового моделирования - теория подобия, в которой основным понятием является - понятие аналогии -сходство объектов по их качественным и количественным признакам [1]. Тогда как в [4] указывается, что как раз теория подобия лежит в основе моделирования. Но основываясь на всем что рассматривалось ранее и [2,3,5-9], следует считать верным первое утверждение.

Основные виды качественной аналогии:

- химическая;

- физическая;

- кибернетическая.

Все эти виды объединяются понятием обобщенной аналогии - абстракцией. Она выражает особого рода соответствие между сопоставляемыми объектами, между моделью и прототипом.

Кибернетическая аналогия - подобие функций, ведущее к установлению структурного сходства сравниваемых систем управления и нахождения способа (алгоритма) управления, обеспечивающего достижение оптимума цели путем преобразования потоков информации. Константой подобия в данном случае часто служит алгоритм оптимального управления.

Физическая аналогия - подобие при наличии физического аналога. Константы подобия - безразмерные величины, а результат исследования предполагает раскрытие физического смысла самих уравнений.

Основным видом количественной аналогии является понятие математической аналогии. Это аналогия формы уравнений и аналогия соотношений между переменными в уравнениях оригинала и модели.

Частные случаи математической аналогии - геометрическая, временная. Геометрическая представляет собой подобие пространственных пропорций частей объекта, подобие геометрических образов. Временная - подобие функции времени, при котором константа подобия показывает, в каком отношении к ней находятся такие параметры, как период, задержка и т. д.

В литературе отмечается неразрывная связь модели с аналогией.

Но “Аналогия не есть модель”. Неопределенности порождаются нечетким различием:

a) аналогии как понятия выражающего фактическое отношение сходства между разными вещами, процессами, ситуациями, проблемами;

б) аналогии как особой логики умозаключения;

в) аналогии как эвристического метода познания;

г) аналогии как способа восприятия и осмысления информации;

д) аналогии как средства переноса апробированных методов и идей из одной отрасли знания в другую, как средства построения и развития научной теории.

Соответственно этому можно дать различные определения аналогии [ 3 ]:

1. Аналогия - объективная основа моделирования.

Определение: Аналогия есть понятие, выражающее определенное частичное или полное подобие между различными объектами в тех или иных свойствах, функциях, соотношениях элементов.

2. Отличие научной аналогии от ненаучной (метафор, аллегорий, обыденных представлений и т. д.) - условие правильного определения сущности и роли аналогии в операциях научного моделирования.

Определение: Аналогия- есть ассоциация мыслей о разных предметах.

3. Аналогия - эвристический метод моделирования.

Определение: Аналогия- есть метод научного поиска и пояснения (разъяснения, объяснения) изучаемого объекта посредством сопоставления его с известным наглядным объектом.

4. Аналогия - способ восприятия и теоретического осмысления информации, и в этом смысле она является средством выбора модели.

Определение: Аналогия - есть теоретический метод объяснения визуально ненаблюдаемых объектов.

5. Аналогия - логическая основа моделирования, но недостаточно ее определять как “перенос информации от модели на прототип” или как “переход от модели к прототипу”.

Определение: Научная аналогия - есть умозаключение, в ходе которого на основании обнаружения сходства или общности ряда существенных признаков у двух объектов или частичного тождества соотношений их элементов и учета различий между ними в других отношениях делается вывод о том, что одному из них присущи такие свойства, которые обнаружены при исследовании другого объекта (модели).

Вывод по аналогии включает интерпретацию информации, полученной исследованием модели. Такой вывод не сводится к экстраполяции информации с одного объекта на другой. Главное заключается в том, чтобы объяснить информацию, осмыслить ее, определить и выразить результат исследования модели в терминах предмета-оригинала. Интерпретацию и подтверждение результатов моделирования следует рассматривать как основной аргумент в пользу тезиса о том, что аналогия и ее частный случай - подобие - есть объективное и логическое основание метода моделирования.

Вообще, аналогия это среднее, опосредующее звено между моделью и объектом. Функция такого звена заключается:

а) в сопоставлении различных объектов, обнаружении и анализе объективного сходства определенных свойств, отношений, присущих этим объектам;

б) в операциях рассуждения и выводах по аналогии, т. е. в умозаключениях по аналогии.

Особенность способа получения выводов по аналогии в логической литературе получила название традукция - перенос отношений (свойств, функций и т. д.) от одних предметов на другие. Традуктивный способ рассуждений используется при сопоставлении различных предметов по количеству, качеству, пространственному положению, временной характеристике, поведению, функциональным параметрам структуры и т. д.

Нормативные условия, соблюдение которых повышает степень достоверности заключения по аналогии и обеспечивает правильность умозаключений:

1. Чем больше общих свойств или сходных признаков у сравниваемых предметов, тем вероятнее их одинаковость и в