Парадигма развития науки. Методологическое обеспечение (стр. 8 )

Проверьте полученные знания по пройденной теме "Основы математического моделирования"

1.5. Моделирование как метод познания. Виды моделей и их познавательная роль.

1.5.1. Моделирование как метод познания

Порою бывает неудобным и невозможным рассмотрение реального объекта, процесса или явления, ведь они бывают иногда многогранны и сложны. Тогда лучшим способом их изучения становится построение модели, отображающей лишь какую-то грань реальности, потому более простой. Многовековой опыт развития науки доказал на практике плодотворность такого подхода.

Так, например, в курсе географии первые представления о планете Земля получают изучая ее модель – глобус; в химии при изучении строения вещества используют модели молекул; в биологии используют муляжи овощей и фруктов, чтобы наглядно продемонстрировать особенности их сортов.

Вообще, какую бы жизненную задачу ни взялся решать человек, первым делом он строит модель – иногда осознанно, а иногда и нет. Часто бывает так – вы напряженно ищете выход из трудной ситуации, пытаясь нащупать, за что можно ухватиться. И вдруг приходит озарение… Что же произошло? Это сработало замечательное свойство нашего разума – умение безотчетно, словно по какому-то волшебству, уловить самое важное, превратить информационный хаос в стройную модель стоящей перед человеком задачи. С моделями мы имеем дело ежечасно и, может быть, ежеминутно. Просто мы редко задумываемся об этом, поскольку построение моделей для человека так же естественно, как ходьба или умение пользоваться ножом и вилкой.

Модели играют чрезвычайно важную роль в проектировании и создании различных технических устройств, машин и механизмов, зданий, электрических цепей и т. д. Без предварительного создания чертежей невозможно изготовить даже простую деталь, не говоря уже о сложном механизме.

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.

Моделирование – это метод познания окружающего мира, состоящий в создании и исследовании моделей.

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.

Модель – некий новый объект, который отражает существенные особенности изучаемого объекта, явления или процесса.

Один и тот же объект может иметь множество моделей, а разные объекты могут описываться одной моделью.

Наш мир наполнен многообразием различных объектов. По отношению к объектам часто употребляемо понятие «простой объект», «сложный объект» Сложный предмет состоит из множества простых. Кирпич – простой объект, здание – сложный; рама, руль, колеса –простые, велосипед – сложный объект. Таки каждый объект состоит из других объектов, т. е. представляет собой систему.

Система – сложный объект, состоящий из взаимосвязанных частей (элементов). Всякая система имеет определенное назначение (цель).

Кроме того, всякая система определяется не только составом своих частей, но и порядком и способом объединения этих частей в единое целое, т. е. структурой.

Структура – совокупность связей между элементами системы. Структура систем зависит от поставленной цели.

Построение и исследование моделей, то есть моделирование, облегчает изучение имеющихся в реальном устройстве (процессе, …) свойств и закономерностей. Применяют для нужд познания (созерцания, анализа и синтеза).
Моделирование является обязательной частью исследований и разработок, неотъемлемой частью нашей жизни, поскольку сложность любого материального объекта и окружающего его мира бесконечна вследствие неисчерпаемости материи и форм её взаимодействия внутри себя и с внешней средой.

Одни и те же устройства, процессы, явления и т. д. (далее - «системы») могут иметь много разных видов моделей. Как следствие, существует много названий моделей, большинство из которых отражает решение некоторой конкретной задачи. Ниже приведена классификация и дана характеристика наиболее общих видов моделей.

1.5.2. Теория и эксперимент в познании

Бурное развитие науки при­вело к непомерному росту тех сведений (информации), которые нужно воспринять специалисту при изучении предметов, не только непосредственно относящихся к области его специализации, но и находящихся в смежных областях науки. Огромный рост количе­ства информации был бы катастрофическим для дальнейшего раз­вития человеческого познания, если бы вместе с расширением и углублением наук все яснее и яснее не проявлялись бы тенденции к их синтезу и не создавались бы новые возможности автоматизации хранения и передачи информации. Определились новые пути выполнения вспомогательных операций, автоматизи­рующих многие процессы умственного труда. Таким образом, ока­залось возможным автоматизировать и этот вид человеческой деятельности, сосредоточивая внимание на наиболее творческой и существенной ее части.

Синтез знаний и автоматизация элементов умственной деятель­ности связаны с быстрым развитием обобщающих наук и появлением новых научных дисциплин: кибернетики, топологии, теории гра­фов и др. В глубоком синтезе наук большую роль играют математика и примыкающие к ней полностью или частично мате­матизированные науки и отдельные дисциплины. Большая роль аналитических методов в общей системе научных исследований все более подтверждается теми открытиями, которые, как говорят, де­лаются «на кончике пера», т. е. как будто бы чисто умозрительно. Однако было бы совершенно неправильно забывать то обстоятель­ство, что самая абстрактная теория обобщает практический опыт, что в любой, даже отвлеченной, теории критерием истины является опыт, практика, в том или ином виде специально поставленный эксперимент. Даже те науки, которые называют «отвлеченными», «чистыми», в конечном счете возникли и выросли на базе экспери­мента, обеспечивающего их фактическим материалом — явно или неявно — на той или иной стадии их формирования. Быстрое, пло­дотворное, действительно целенаправленное развитие новых наук, новых научных дисциплин или их разделов и в дальнейшем воз­можно только в том случае, если «рука об руку» с анализом будут применяться и совершенствоваться экспериментальные методы.

Чем быстрее развивается теория и больше накапливается науч­ной информации, тем быстрее должны развиваться эксперименталь­ные методы и тем более тонкими, изящными и обобщающими они должны быть. Как и прежде, эксперимент остается и всегда оста­нется существеннейшим инструментом познания. Вот почему теория мер, теория размерностей, теория интервалоя, теория шкал, теория подобия, теория (и практика) моделирования в их новом, широком, смысле, позволяющие концентрировать информацию и являющиеся обоснованием эксперимента, дающие направления для постановки опытов и указывающие закономерности их обобщения, получили особое значение. Подобие и моделирование облегча­ют единое описание процессов в самых различных, сферах природы. Они приобрели большую роль в теории познания, облегчая пони­мание идеи о совмещении двух принципов диалектики — принципа развития и принципа единства мира.

Закономерное обобщение результатов единичного явления на широкие группы подобных явлений, которое позволяет сделать те­ория подобия, необходимо в естественных и особенно технических науках. Подобие рассматривается все в более и более широком плане, когда множество объектов объединяются в группы по довольно сложным признакам, а не только по условиям пропорциональности сходных величин, как это постулировалось при про­стейшем подходе. Моделирование в различных его видах (в том числе — аналоговых, кибернетических и др.) стало основой для исследований и самых разнообразных экспериментов, не только физических, но также математических и мысленных. Теория подобия и теория моделирования, таким образом, стали мощным инструментом исследований во всех областях знаний от уровня микромира до космических уровней. Области, которые охватывает теория подобия, меняются. Меняется и само понятие моделирования. Эта «нестационарность» понятия вполне закономерна, ибо действительно жизненными яв­ляются только те отрасли науки, центр интереса которых переме­щается и изменяется с течением времени. Таковы методы подобия моделирования, планирования эксперимен­та.

Общая задача теории подобия и теории моделирования — это создание методологии, направленной на упорядочение получения и обработки информации об объектах, существующих вне нашего сознания и взаимодействующих между собой и внешней средой. Развитие всякой науки, тем более физических наук, являющихся основой для так называемых технических дисциплин, всегда начи­нается с того или иного экспериментального исследования. Далее на основе обобщения опытных данных развивается теория. От на­блюдения и эксперимента к теоретическому мышлению, а затем к специально организованным производственным процессам — таков путь научно-технического развития. Как говорил Ф. Энгельс «…от живого созерцания к абстрактному мышлению и от него к практике — таков диалектиче­ский путь познания истины, познания объективной реальности…».

Указанное положение не противоречит тому, что в развитии нау­ки большую роль играли, играют и будут играть научные гипотезы, т. е. определенные предсказания, основывающиеся сначала на очень небольшом количестве опытных данных, некоторых тонких наблю­дениях и догадках. Иногда гипотезы опережают возможности экспе­риментальных исследований, как это было, например, с гипотезой об атомах, которая в древней философии носила скорее поэтический характер и была проверена только спустя много веков после ее за­рождения.

Быстрая и полная проверка выдвигаемых гипотез, их отсев или утверждение и перевод в теорию могут быть сделаны только после закономерно обобщенного и обычно специально поставленного эксперимента. Характеризуя этот процесс уточнения, «очищения» гипотез, Ф. Энгельс писал: «Формой развития естествознания, по­скольку оно мыслит, является гипотеза. Наблюдение открывает какой-нибудь новый факт, делающий невозможным прежний способ объяснения фактов, относящихся к той же самой группе. С этого момента возникает потребность в новых способах объяснения, опи­рающаяся сперва только на ограниченное количество фактов и на­блюдений. Дальнейший опытный материал приводит к очищению этих гипотез, устраняет одни из них, исправляет другие, пока, на­конец, не будет установлен в чистом виде закон. Если бы мы захо­тели ждать, пока материал будет готов в чистом виде для закона, то это значило бы приостановить до тех пор мыслящее исследова­ние, и уже по одному этому мы никогда не получили бы закона».