Моделирование как основа познания и практической деятельности

Учебное пособие: Моделирование как основа познания и практической деятельности

1. Обзор ключевых концепций

Модель и моделирование в деятельности человека

Человек постоянно изучает, проектирует, создаёт и использует модели окружающей среды и мира во всех сферах своей деятельности: бытовой, природной, социальной, производственной, образовательной, научной, технической, художественной и других.

• Модель — это представление объекта реального или вымышленного мира или процесса, который в ходе проектирования и исследования замещает реальный объект или процесс, сохраняя его существенные свойства. Модель сохраняет не все свойства оригинала, а только те, которые необходимы для достижения конкретных целей моделирования.
• Моделирование (от лат. modulus — мера, способ, образец) — это метод познания, представляющий собой творческий процесс построения моделей, воспроизведения и исследования определённого фрагмента действительности (предмета, объекта, процесса, явления, ситуации) или управления им при сохранении существенных свойств.

Причины использования моделирования

Построение моделей необходимо в случаях, когда прямым образом исследовать или спроектировать реальный объект или процесс затруднительно либо невозможно:

• При разработке летательных аппаратов;
• Перед постройкой сложных сооружений (например, деревянного дома);
• При исследовании аварий (самолётов, автомобилей);
• В экстремальных и опасных ситуациях.

Примеры повседневных моделей и схем включают: глобус (география), муляж животного (биология), манекен в витрине, схему метрополитена, картины в музеях и некоторые детские игрушки.

Классификация и виды моделей

1. Натурные (материальные, имитационные) модели — воспроизводят свойства объектов в материальной форме.
2. Информационные (нематериальные) модели — разделяются по форме представления на:

• • Образные: рисунки, чертежи, фотографии;
  • Смешанные: таблицы, карты, графики, диаграммы, схемы;
  • Знаковые: формулы, словесные описания.

3. Компьютерные модели — модели, выполненные с помощью компьютера.

Алгоритм создания индивидуального проекта

Алгоритм — это определённый порядок (последовательность) действий, строгое выполнение которых приводит к решению поставленной задачи. Процесс создания индивидуального проекта (например, подушечки-игольницы или кормушки для птиц) состоит из трёх основных этапов:

Этап · Подэтапы (последовательность действий)

• 1. Поисково-исследовательский этап — 1. Формулировка проблемы<br>2. Обоснование выбора проекта. Постановка цели<br>3. Составление плана работы и паспорта проекта<br>4. Сбор информации. Выполнение экологического и экономического обоснования
• 2. Конструкторско-технологический этап — 1. Разработка графической документации<br>2. Подготовка рабочего места, инструментов, материалов<br>3. Технологический процесс изготовления изделия<br>4. Декоративная отделка
• 3. Заключительный этап — 1. Подготовка проекта к защите<br>2. Презентация проекта

2. Вопросы с краткими ответами для самопроверки

1. В чём разница между понятиями «модель» и «моделирование»? Ответ: Модель — это объект или представление, которое замещает реальный/вымышленный предмет или процесс, сохраняя его существенные свойства. Моделирование — это метод познания и творческий процесс создания, исследования или управления этой моделью.
2. В каких ситуациях прибегают к моделированию объектов или процессов? Ответ: К моделированию прибегают, когда непосредственное исследование или проектирование реального объекта затруднено либо невозможно (например, при испытании летательных аппаратов, анализе аварий автомобилей или самолётов, в экстремальных условиях).
3. На какие группы делятся информационные (нематериальные) модели по форме представления? Ответ: Информационные модели подразделяются на образные (рисунки, чертежи, фото), смешанные (таблицы, схемы, карты, графики) и знаковые (формулы, словесные описания).
4. В чём заключается принципиальное отличие натурных моделей от информационных и компьютерных? Ответ: Натурные (материальные) модели воспроизводят свойства реального объекта в материальной форме, тогда как информационные модели описывают объект с помощью знаков, образов или схем, а компьютерные модели реализуются с помощью программных средств на компьютере.
5. К какому виду моделей относится алгоритм создания индивидуального проекта? Ответ: Алгоритм представляет собой информационную (нематериальную) модель (в виде схемы или последовательного словесного описания действий).
6. Из каких трех ключевых этапов состоит алгоритм выполнения индивидуального проекта? Ответ: Поисково-исследовательский этап, конструкторско-технологический этап и заключительный этап.

3. Темы для эссе и углублённого анализа

1. Практическая необходимость моделирования перед возведением или производством объектов. Описание: На основе изученного материала разберите вопрос: почему перед постройкой деревянного дома или созданием технического устройства сначала создаётся его модель? Проанализируйте, от каких ошибок, экономических затрат и рисков защищает предварительное моделирование.
2. Сравнительный анализ натурных, информационных и компьютерных моделей. Описание: Раскройте особенности и границы применения каждого вида моделей. В каких случаях предпочтительно использовать натурную (материальную) модель, а в каких — информационную или компьютерную? Приведите примеры из различных сфер человеческой деятельности (научной, образовательной, производственной).
3. Роль алгоритмизации в успешной реализации проектной деятельности. Описание: Проанализируйте алгоритм создания индивидуального проекта. Почему нарушение последовательности шагов (например, перенос экологического и экономического обоснования на заключительный этап) может негативно сказаться на конечном результате?

4. Глоссарий терминов

• Алгоритм — определённый порядок (последовательность) действий, строгое выполнение которых приводит к выполнению поставленной задачи.
• Информационные (нематериальные) модели — вид моделей, представленных в образной (рисунки, чертежи, фотографии), смешанной (таблицы, карты, графики, диаграммы, схемы) и знаковой (формулы, словесные описания) формах.
• Компьютерные модели — вид моделей, выполненных с помощью компьютера.
• Моделирование — метод познания, творческий процесс построения моделей, воспроизведения и исследования определённого фрагмента действительности (предмета, объекта, процесса, явления, ситуации) или управления им при сохранении существенных свойств (от лат. modulus — мера, способ, образец).
• Модель — представление объекта реального или вымышленного мира или процесса, который в ходе проектирования и исследования замещает реальный объект или процесс, сохраняя его существенные свойства.
• Натурные (материальные, имитационные) модели — вид моделей, воспроизводящих свойства объектов в материальной форме.
• Параметры модели — относительно постоянные показатели, характеризующие моделируемую систему, элемент системы, объект или процесс и указывающие на то, чем данная система, элемент системы, объект или процесс отличаются от других.