Моделі, моделювання. Класифікація моделей

Урок 9

​Моделі і моделювання. Класифікація моделей. Комп’ютерне моделювання

Моделлю можна назвати і матеріальні макети реально існуючих об'єктів, і нематеріальні об'єкти (наприклад теорія розвитку суспільства, формула земного тяжіння
Р = тН).

Модель (від латин. modulus — зразок) - це штучно створений людиною абстрактний або матеріальний об'єкт, що використову-ється як заміна оригіналу.

Модель – це спрощене уявлення про
реальний об'єкт, процес чи явище.

Моделювання – побудова моделей для
дослідження та вивчення об'єктів,
процесів та явищ.

Навколишній світ складається з великої кількості об'єктів (живих істот,предметів), які виконують певні дії чи над якими можна виконати дії. Інформацію про об'єкти явища потрібно певним чином систематизувати і підготувати до опрацювання.

Це роблять за допомогою моделей і моделювання. Моделювання допомагає людині приймати обґрунтовані рішення та передбачати наслідки своєї діяльності.

Моделювання —метод дослідження та демонстрації об’єктів, функцій, процесів або явищ за допомогою їх спрощеної імітації.

​Із поняттями моделювання й моделі людина знайомиться в дитинстві, бавлячись з першими іграшками. Коли дитина побачить у реальному світі об'єкт, вона впізнає його.

Навіщо створювати моделі?

➡оригінала на момент дослідження може

не існувати (наприклад, загиблий материк Атлантида або можлива «ядерна зима»,);

➡реально цей об'єкт не можна побачити

цілком (наприклад, земну кулю, усю сонячну систему або атом);

➡дослідник хоче побачити об'єкт, але не має можливості потрапити на місце його
знаходження (наприклад: Ейфелева вежа);

➡процес, який досліджується, небезпечний

для життя (наприклад, ядерна реакція).

​➡Дослідження об’єкту може призвести до його руй-нування. (навантаження будинку під час землетрусу, мости).

​Досліджуваний об’єкт, стосовно якого створюється модель, називають оригіналом (прототипом).
Кожен об’єкт має велику кількість різних властивостей. У процесі побудови моделі виділяються головні, найсуттєвіші властивості, що відповідають темі дослідження.

Величини, які характеризують об’єкт та можуть набувати різні значення, називають параметрами моделі.

Залежно від мети дослідження, вибраних параметрів для одного й того самого об’єкта, процесу або явища можуть бути створені різні моделі.

Так, моделями тієї самої місцевості є різні карти:
адміністративна, карта рельєфу, карта корисних копалин

​Створення моделі має на меті:

• показати, який вигляд матиме об’єкт, якого реально ще не існує

(наприклад, гребля гідроелектростанції або автомобіль), та обговорити

його в певному колективі;

• дослідити на моделі поведінку об’єкта, якщо дослідження оригіналу взагалі неможливе, небезпечне або дорого коштує. Такі ситуації часто трапляються в медицині, авіації, ядерній фізиці й інших галузях;

• навчитися керувати реальним об’єктом, наприклад, підводним

човном.

Людина

➡Анатомічна модель
➡Кравецький манекен
➡Генетичний код
➡Манекен для краш-тестів
➡Обліковий запис в базі даних

➡ІнфлЗалежно від мети дослідження параметрів для одного й того самого об’єкта, процесу або явища можуть бути створені різні моделі.яція

Цікавий факт:

Миколай Коперник (1473–1543) побудував
геліоцентричну модель Всесвіту, з якої
випливає, що планети рухаються навколо
Сонця певними орбітами.
До моделі Коперника існувала інша
модель, у якій припускалося, що планети
й Сонце рухаються навколо Землі.
Нині вчені користуються точнішою
моделлю Сонячної системи, яка дає
змогу обчислювати маси й закони руху
планет.

Схематично процес моделювання можна подати, як на рис.

​Основним завданням процесу моделювання є створення моделі, яка є найбільше наближеною до оригіналу та властивості якої відповідають меті дослідження.

МОДЕЛІ

Інформаційні

Знакові

Графічні

Математичні

Табличні

Комп'ютерні

Вербальні

Матеріальні

Класифікація моделей

​Моделі можна класифікувати за різними ознаками: призначення, спосіб подання, стан.
За способом подання:

Матеріальні моделі (їх ще називають предметними, фізичними) відтворюють геометричні та фізичні властивості оригіналу й завжди мають реальне втілення.
Приклади: іграшковий човник, лялька, шкільний фізичний прилад для демонстрації взаємодії електромагнітних полів, макет космічного корабля, аеродинамічна труба й ін.

Інформаційна модель — це модель, яка містить інформацію про суттєві властивості об’єкта, зв’язок між ними та призначена для дослідження стану об’єкта в разі зміни його властивостей.

​Інформаційні моделі не мають матеріального втілення й будуються лише на інформації. Оскільки інформація, яка характеризує об’єкт або процес, може мати різний обсяг і форму подання, то розрізняють такі форми подання інформаційних моделей, як вербальна та знакова.

​Вербальна (від латин. verbalis — усний) модель — опис об’єкта природною мовою. Наприклад: закони механіки, що сформульовані у словесній формі, правила дорожнього руху, рецепт приготування страви тощо.

Знакова модель — інформаційна модель, подана спеціальними знаками. Наприклад: малюнки, тексти, графіки, схеми. За способом реалізації існують такі знакові моделі: графічні, математичні, комп’ютерні:

• графічні моделі призначені для наочного подання об’єктів, процесів, явищ. Прикладами є карта місцевості, схема електричного кола, креслення геометричних фігур, функціональна схема комп’ютера;

• математична модель — це система математичних рівнянь, формул, числових множин, які описують деякі властивості реального об’єкта, процесу або явища. Багато задач із фізики, біології, хімії розв’язуються за допомогою рівнянь і нерівносте.

Комп’ютерне моделювання

Переваги комп’ютерного моделювання:

➡ багаторазового повторення дій;
➡ невисока вартість реалізації моделі;
➡ наочність візуалізації процесів;
➡ безпечність реалізації моделі;
➡ висока швидкість виконання.

Комп’ютерне моделювання — процес створення
інформаційних моделей комп’ютерними засобами.

Засоби для реалізації інформаційних моделей:
➡ системи програмування,
➡ електронні процесори,
➡ математичні програмні засоби,
➡ системи управління базами даних,
➡ графічні редактори тощо.

➡навчальні: тренажери, наглядні засоби, навчальні програми;
➡дослідні: моделі кораблів, літаків тощо для дослідження та покращення їх характеристик;

➡ науково-технічні: прилад для дослідження розряду блискавки або модель виверження вулкану;

➡ ігрові: ділові, економічні ігри;
➡імітаційні: виявлення впливу нового лікарського засобу на тваринах.

Цікавий факт:

Комп'ютерне моделювання є основою багатьох наукових
досліджень. У 2013 році Нобелівську премію з хімії отримали за
розробку моделей складних хімічних систем.

Multiple Choice

Процес дослідження властивостей об’єкта на основі створення відповідної моделі

• моделювання

• матеріальна модель

• інформаційна модель

• 
  предметна галузь

Multiple Choice

Модель, яка відтворює геометричні та фізичні властивості об’єкта-оригінала

• моделювання

• матеріальна модель

• інформаційна модель

• предметна галузь

Multiple Choice

Модель, у якій властивості об’єкта описуються за допомогою певної системи знаків: математичних виразів і рівнянь, фізичних чи хімічних формул, нотних записів тощо

• моделювання

• матеріальна модель

• інформаційна модель

• знакова інформаційна модель 

Multiple Choice

Вкажіть, до якого типу моделей відноситься...

• графічна

• матеріальна модель

• імітаційна модель

• знакова інформаційна модель 

Multiple Choice

Вкажіть, до якого типу моделей відноситься...

• графічна

• матеріальна модель

• імітаційна модель

• знакова інформаційна модель 

Multiple Choice

Вкажіть, до якого типу моделей відноситься...

• графічна

• матеріальна модель

• математична модель

• знакова інформаційна модель 

Multiple Choice

Вкажіть, до якого типу моделей відноситься...

• вербальна

• матеріальна модель

• математична модель

• знакова інформаційна модель