Тема 1. Моделирование как метод познания

План:

1. Модель, моделирование

2. Классификация моделей. Материальные и информационные модели

1.Модель, моделирование

У американского писателя-фантаста Рея Брэдбери есть рассказ «И грянул гром». В нем повествуется о фирме, организующей путешествия на 60 миллионов лет в прошлое. Все посетители прошлого должны передвигаться только по специально проложенной тропе, ибо один неосторожный шаг уже способен нарушить последу­ющую Историю. Устами одного из служащих фирмы это описано так:

«Допустим, мы случайно убили здесь мышь. Это значит, что всех будущих потомков этой мыши не будет... Вы уничтожите не одну, а миллион мышей... А как с лисами, для питания которых нужны были именно эти мыши? Не хватит десяти мышей - умрет одна лиса. Десятью лисами меньше - подохнет от голода лев... И вот итог: через 59 миллионов лет пещерный человек, один из дюжины, населяющей весь мир, выходит на охоту за кабаном или саблезубым тигром. Но вы, раздавив одну мышь, раздавили всех тигров в этих местах. И пещерный чело­век умирает от голода... Это смерть миллиарда его потомков. Может быть, Рим не появится на своих семи холмах...»

Напрасно один из героев рассказа умолял вернуть его на 60 миллионов лет назад, чтобы оживить случайно раздавленную им бабочку. Он оказался уже совсем в иной Истории и погиб.

Это, конечно, всего лишь фантастика, сказка, смоделированная автором ситуа­ция, но в ней намек всем нам, как осторожны должны мы быть в нашем общении с природой. Как часто наши решения оказываются непродуманными: то мы вдруг решаем уничтожить всех волков, якобы приносящих только вред, то заселяем весь материк кроликами (так случилось в Австралии) и потом не знаем, как от них избавиться. Каждый раз хочется вернуться в тот роковой миг и сделать более пра­вильный, как нам кажется, шаг. Но это, увы, невозможно - нет такой машины времени, которая перенесла бы нас в прошлое.

Есть, однако, «машина времени», позволяющая заглянуть в будущее, проана­лизировать, смоделировать процесс, ситуацию, - это наука.

Рассмотрим пример из жизни. В 1870 г. английское Адмиралтейство спустило на воду новый броненосец «Кэптен». Корабль вышел в море и перевернулся. Погиб корабль, погибли 523 человека.

Это было совершенно неожиданно для всех. Для всех, кроме одного человека. Им был английский ученый-кораблестроитель В. Рид, который предварительно провел исследования на модели броненосца и установил, что корабль опрокинется даже при небольшом волнении. Но ученому, проделывающему какие-то «несерьез­ные» опыты с «игрушкой», не поверили лорды из Адмиралтейства. И случилось непоправимое.

С различными моделями мы сталкиваемся еще в раннем детстве: игрушечный автомобиль, самолет или кораблик для многих были любимыми игрушками, равно как и плюшевый медвежонок или кукла. Дети часто моделируют (играют в кубики, обыкновенная палка им заменяет коня и т. д.).

В развитии ребенка, в процессе познания им окружающего мира такие игруш­ки, являющиеся, по существу, моделями реальных объектов, играют важную роль. В подростковом возрасте для многих увлечение авиамоделированием, судомоделированием, собственноручным созданием игрушек, похожих на реальные объекты, оказывает влияние на выбор жизненного пути. Модели и моделирование используются человечеством давно. По сути, именно модели и модельные отношения обусловили появление разговорных языков, пись­менности, графики. Наскальные изображения наших предков, затем картины и книги - это модельные, информационные формы передачи знаний об окружаю­щем мире последующим поколениям.

Попробуем разобраться в том, что такое модель.

Казалось бы, что общего между игрушечным корабликом и рисунком на экране компьютера, изображающим сложную математическую абстракцию? И все же об­щее есть: и в том, и в другом случае мы имеем образ реального объекта, представ­ляющий собой «заместитель» некоторого оригинала, воспроизводящий оригинал с той или иной степенью достоверности или детализации. Другими словами: модель является представлением объекта в некоторой форме, отличной от формы его реального существования.

Практически во всех науках о природе (живой и неживой) и обществе постро­ение и использование моделей являются мощным орудием познания. Реальные объек­ты и процессы бывают столь многогранны и сложны, что лучшим способом их изучения является такой: построить модель, отображающую лишь какую-то грань реальности и потому несравнимо более простую, чем эта реальность, и исследовать сначала эту модель. Многовековой опыт развития науки доказал на практике пло­дотворность такого подхода. Модель - неоценимый и бесспорный помощник ин­женеров и ученых.

Приведем несколько примеров, поясняющих, что такое модель.

Архитектор готовится построить здание невиданного доселе типа. Но прежде чем воздвигнуть его, он сооружает это здание из кубиков на столе, чтобы посмот­реть, как оно будет выглядеть. Это модель здания.

Для того чтобы объяснить, как функционирует система кровообращения, лек­тор демонстрирует плакат со схемой, на которой стрелочками изображены направ­ления движения крови. Это модель функционирования системы кровообращения.

На стене висит картина, изображающая яблоневый сад в цвету. Это модель яблоневого сада.

Литературный жанр, такой, как басня или притча, имеет непосредственное отношение к понятию модели, поскольку смысл этого жанра состоит в переносе отношений между людьми на отношения между животными.

Попытаемся понять, какова роль моделей в приведенных примерах.

Конечно, архитектор мог бы построить здание без предварительных экспери­ментов с кубиками. Но он не уверен, что здание будет выглядеть достаточно хоро­шо. Если оно окажется некрасивым, то многие годы будет немым укором своему создателю. Лучше уж поэкспериментировать с кубиками.

Разумеется, лектор мог бы воспользоваться для демонстрации подробным ана­томическим атласом. Но подобная степень детализации ему совершенно не нужна при изучении системы кровообращения. Более того, она мешает изучению, так как не дает сосредоточиться на главном. Гораздо эффективнее воспользоваться плакатом.

Естественно, гуляя в благоухающем яблоневом саду, можно получить богатей­шие эмоциональные впечатления. Но если мы живем на Крайнем Севере и у нас нет возможности увидеть яблоневый сад в цвету, можно посмотреть на картину и представить этот сад.

Во всех перечисленных примерах имеет место сопоставление некоторого объек­та с другим, его заменяющим: реальное здание - постройка из кубиков; система кровообращения - схема на плакате; яблоневый сад - картина, его изображающая.

Итак, дадим следующее определение модели:

Модель - это такой материальный или мысленно представляемый объект, который в процессе изучения замещает объект-оригинал, сохраняя некоторые важные для данного исследования типичные черты этого оригинала.

Или можно сказать другими словами: модель - это упрощенное представле­ние о реальном объекте, процессе или явлении.

Модель позволяет научиться правильно управлять объектом посредством апро­бации различных вариантов управления на модели этого объекта. Экспериментиро­вать в этих целях с реальным объектом в лучшем случае бывает неудобно, а как правило, просто вредно или вообще невозможно в силу ряда причин (большой про­должительности эксперимента во времени, риска привести объект в нежелательное и необратимое состояние и т. п.)

Итак, сделаем выводы: модель необходима, для того чтобы:

Понять, как устроен конкретный объект - каковы его структура, основные свойства, законы развития и взаимодействия с окружающим миром;

Научиться управлять объектом или процессом и определять наилучшие спосо­бы управления при заданных целях и критериях (оптимизация);

Прогнозировать прямые и косвенные последствия реализации заданных спосо­бов и форм воздействия на объект.

Никакая модель не может заменить само явление, но при решении задачи, когда нас интересуют определенное свойство изучаемого процесса или явления, модель ока­зывается полезным, а подчас и единственным инструментом исследования, познания.

Моделированием называется как процесс построения модели, так и процесс изучения строения и свойств оригинала с помощью построенной модели.

Технология моделирования требует от исследователя умения определять про­блемы и ставить задачи, прогнозировать результаты исследования, проводить разум­ные оценки, выделять главные и второстепенные факторы для построения моде­лей, выбирать аналогии и математические формулировки, решать задачи с исполь­зованием компьютерных систем, проводить анализ компьютерных экспериментов.

Навыки моделирования очень важны для человека в его повседневной деятель­ности. Они помогают разумно планировать распорядок дня, учебу, труд, выбирать оптимальные варианты при наличии выбора, удачно разрешать различные жиз­ненные проблемы.

Материальным (предметным, физическим) принято называть моделиро­вание, при котором реальному объекту сопоставляется его увеличенная или уменьшенная копия, допускающая исследование (как правило, в лабораторных условиях) с помощью последующего перенесения свойств изучаемых процессов и явлений с модели на объект на основе теории подобия.

Примеры: в астрономии - планетарий, в архитектуре - макеты зданий, в самолетостроении - модели летательных аппаратов.

От материального моделирования принципиально отличается идеальное моде­лирование, которое основано не на материальной аналогии объекта и модели, а на идеальной, мыслительной.

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:

1. Субъект исследования (тот, кто исследует).
2. Объект исследования (то, на что направлен поиск).
3. 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.

Скачать:

Предварительный просмотр:

Метод моделирования.

В настоящее время в педагогических исследованиях широко используется метод моделирования.

Моделирование – это метод создания и исследования моделей. Изучение модели позволяет получить новое знание, новую целостную информацию об объекте.

Существенными признаками модели являются: наглядность, абстракция, элемент научной фантазии и воображения, использование аналогии как логического метода построения, элемент гипотетичности. Иными словами, модель представляет собой гипотезу, выраженную в наглядной форме.

Важным свойством модели является наличие в ней творческой фантазии. Формами моделирования, скажем, воспитательного процесса могут стать концепции, парадигмы, различные сценарии, деловые и познавательные игры и т.д.

Процесс создания модели достаточно трудоемкий, исследователь как бы проходит через несколько этапов.

Первый – тщательное изучение опыта, связанного с интересующим исследователя явлением, анализ и обобщение этого опыта и создание гипотезы, лежащей в основе будущей модели.

Второй – составление программы исследования, организация практической деятельности в соответствии с разработанной программой, внесение в неё коррективов, подсказанных практикой, уточнение первоначальной гипотезы исследования, взятой в основу модели.

Третий – создание окончательного варианта модели. Если на втором этапе исследователь как бы предлагает различные варианты конструируемого явления, то на третьем этапе он на основе этих вариантов создает окончательный образец того процесса (или проекта), который собирается воплотить.

В педагогике моделирование успешно применяется для решения важных дидактических задач. Например, педагог-исследователь может разработать модели:оптимизации структуры учебного процесса, активизации познавательной самостоятельности учащихся, личностно-ориентированного подхода к учащимся в учебном процессе.

Метод моделирования открывает для педагогической науки возможность математизации педагогических процессов. Математизация педагогики несет в себе огромный гносеологический потенциал. Применение математического моделирования самым тесным образом связано с всё более глубоким познанием сущности учебно-воспитательных явлений и процессов, углублением теоретических основ исследования.

По теме: методические разработки, презентации и конспекты

Применение метода моделирования в коррекции связной монологической речи у детей младшего школьного возраста

Из опыта работы учителя-логопеда по теме: "Применение метода моделирования в коррекции связной монологической речи у детеймладшего школьного возраста"...

Использование метода моделирования в начальной школе

Использование метода моделирования в начальной школе имеет много плюсов. Среди которых легкость в восприятии, доступность, детям это интересно и понятно. Использование моделирования помогает как при о...

Использование метода моделирования в начальной школе.

Младший школьный возраст является началом формирования учебных действий у детей. В то же время моделирование – это действие, которое выносится за пределы младшего школьного возраста в дальнейшие...

Методическое применение метода моделирования

Методическое применение метода моделирования Моделирование как универсальное учебное действие может использоваться в обучении для реализации следующих целей:- построения модели ориентировоч...

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. ■

Моделирование (в широком смысле) – основной метод исследований во всех областях знаний, в различных сферах человеческой деятельности .

Моделирование в научных исследованиях стало применяться еще в глубокой древности. Элементы моделирования использовались с самого начала появления точных наук, и не случайно, некоторые математические методы носят имена таких великих ученых, как Нью-тон и Эйлер, а слово «алгоритм» происходит от имени средневекового арабского ученого Аль-Хорезми .

Постепенно моделирование захватывало все новые области научных знаний: техническое конструирование, строительство и архитектуру, астрономию, физику, химию, биологию и, наконец, общественные науки. Однако методология моделирования долгое время развивалась отдельными науками независимо друг от друга. Отсутствовала единая система понятий, единая терминология. Лишь постепенно стала осознаваться роль моделирования как универсального метода научного познания. Большие успехи и признание практически во всех отраслях современной науки принес методу моделирования ХХ век. В конце 40-х начале 50-х годов ХХ века бурное развитие методов моделирования было обусловлено появлением ЭВМ (компьютеров), которые избавили ученых, исследователей от огромной по объему рутинной вычислительной работы. Компьютеры первого и второго поколений использовались для решения вычислительных задач, для инженерных, научных, финансовых расчетов, для обработки больших объемов данных. Начиная с третьего поколения, область применения ЭВМ включает и решение функциональных задач: это обработка баз данных, управление, проектирование. Современный компьютер – основное средство решения любых задач моделирования.

Приведем основные понятия, связанные с моделированием ,,.

Объект (от лат. objectum – предмет) исследования – все то, на что направлена человеческая деятельность.

Модель (объекта - оригинала) (от лат. modus – «мера», «объем», «образ») – вспомогательный объект, отражающий наиболее существенные для исследования закономерности, суть, свойства, особенности строения и функционирования объекта-оригинала.

Первоначальное значение слова «модель» было связано со строительным искусством, и почти во всех европейских языках оно употреблялось для обозначения образа или прообраза, или вещи, сходной в каком-то отношении с другой вещью.

В настоящее время термин «модель» широко используется в различных сферах человеческой деятельности и имеет множество смысловых значений. В этом учебнике рассматриваются только такие модели, которые являются инструментами получения знаний.

Моделирование – метод исследования, основанный на замене исследуемого объекта-оригинала его моделью и на работе с ней (вместо объекта).

Теория моделирования – теория замещения объекта-оригинала его моделью и исследования свойств объекта на его модели.

Как правило, в качестве объект моделирования выступает некоторая система.

Система – совокупность взаимосвязанных элементов, объединенных для реализации общей цели, обособленная от окружающей среды и взаимодействующая с ней как целостное целое и проявляющая при этом основные системные свойства. В выделено 15 основных системных свойств, среди которых: эмергентность (эмерджентность); цельность; структурированность; целостность; подчиненность цели; иерархичность; бесконечность; эргатичность.

Свойства систем:

1. Эмерджентность (эмергентность). Это системное свойство, согласно которому результат поведения системы дает эффект, отличный от «сложения» (независимого соединения) любым способом результатов поведения всех входящих в систему «элементов». Иными словами, согласно этой особенности системы ее свойства не сводятся к совокупности свойств частей, из которых она состоит, и не выводятся из них.

2. Свойство цельности, целевости. Система всегда рассматривается как нечто целое, цельное, относительно обособленное от окружающей среды.

3. Свойство структурированности. Система имеет части, целесообразно связанные между собой и средой.

4. Свойство целостности. В отношении к другим объектам или с окружающей средой система выступает как нечто неразделимое на взаимодействующие между собой части.

5. Свойство подчиненности цели. Вся организация системы подчинена некоторой цели или нескольким различным целям.

6. Свойство иерархичности. Система может иметь несколько качественно разных уровней строения, несводимых один к другому.

7. Свойство бесконечности. Невозможность полного познания системы и ее всестороннего представления любым конечным множеством моделей, в частности, описаний, качественных и количественных характеристик и т.д.

8. Свойство эргатичности. Система, имеющая части, может в качестве одной из своих частей включать человека.

По сути, под моделированием понимается процесс построения, изучения и применения моделей объекта (системы). Оно тесно связано с такими категориями, как абстракция, аналогия, гипотеза и др. Процесс моделирования обязательно включает и построение абстракций, и умозаключения по аналогии, и конструирование научных гипотез.

Гипотеза – определенное предсказание (предположение), основывающееся на опытных данных, наблюдениях ограниченного объема, догадках. Проверка выдвигаемых гипотез может быть проведена в ходе специально поставленного эксперимента. При формулировании и проверке правильности гипотез большое значение в качестве метода суждения имеет аналогия.

Аналогией называют суждение о каком-либо частном сходстве двух объектов. Современная научная гипотеза создается, как правило, по аналогии с проверенными на практике научными положениями. Таким образом, аналогия связывает гипотезу с экспериментом.

Главная особенность моделирования в том, что это метод опосредованного познания с помощью вспомогательных объектов-заместителей. Модель выступает как своеобразный инструмент познания, который исследователь ставит между собой и объектом, и с помощью которого изучает интересующий его объект.

В самом общем случае при построении модели исследователь отбрасывает те характеристики, параметры объекта-оригинала, которые несущественны для изучения объекта. Выбор характеристик объекта-оригинала, которые при этом сохраняются и войдут в модель, определяется целями моделирования. Обычно такой процесс абстрагирования от несущественных параметров объекта называют формализацией. Более точно, формализация – это за-мена реального объекта или процесса его формальным описанием.

Основное требование, предъявляемое к моделям – это их адекватность реальным процессам или объектам, которые замещает модель.

Практически во всех науках о природе, живой и неживой, об обществе, построение и использование моделей – мощное орудие познания. Реальные объекты и процессы бывают столь многогранны и сложны, что лучшим (а иногда и единственным) способом их изучения часто является построение и исследование модели, отображающей лишь какую-то грань реальности и потому многократно более простой, чем эта реальность. Многовековой опыт развития науки доказал на практике плодотворность такого подхода. Более конкретно, необходимость использования метода моделирования определяется тем, что многие объекты (системы) непосредственно исследовать или вовсе невозможно, или же это исследование требует слишком много времени и средств.