"Информатика (базовый уровень)", Угринович Н.Д.
Модель — это заместитель объекта, процесса или явления, который помогает изучать их, когда исследовать оригинал напрямую неудобно или не требуется. Моделирование начинается с цели: она подсказывает, какие свойства сохранить, а какие можно не учитывать. Модели бывают материальными и информационными, а один объект можно описать по-разному. Выводы по модели полезны, только если учитывать её упрощения и не выходить за границы поставленной задачи.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Модель — заместитель объекта, процесса или явления, который сохраняет существенные для исследования свойства оригинала. Оригиналом называют то, что изучают с помощью модели. Это понятие помогает отделить сам объект от его специально созданного представления и понять, какие его стороны будут исследоваться.
Моделирование — создание и использование моделей для изучения объектов, процессов и явлений. Оно позволяет исследовать объект без прямого вмешательства в него или сосредоточиться на отдельных свойствах. Например, вместо проверки всех возможных маршрутов на практике можно изучить их описание или схему.
Материальная модель — реальный предмет или устройство, воспроизводящее существенные свойства оригинала. Это определение нужно, чтобы отличать модель, которую можно увидеть или потрогать, от её описания. Глобус, например, представляет Землю в уменьшенном виде и подходит для изучения её формы.
Информационная модель — описание объекта, процесса или явления с помощью сведений о его свойствах и связях. Такой моделью может быть текст, схема, таблица или формула. Она нужна, когда важнее зафиксировать и передать информацию об объекте, чем изготовить его физический заместитель.
Исследование начинают с постановки цели, потому что без неё нельзя решить, какие свойства объекта считать важными. Один и тот же предмет можно изучать с разных сторон: например, для планирования поездки нужны расстояние и скорость, а для оценки комфорта — другие сведения. Цель задаёт вопросы, на которые модель должна помочь ответить. Поэтому прежде, чем выбирать форму модели, определяют, что именно предстоит выяснить.
Модель замещает оригинал, сохраняя выбранные свойства, но при этом неизбежно упрощает его. Полное воспроизведение обычно не нужно: оно усложнило бы исследование и включило бы множество данных, не связанных с задачей. Например, схема метро показывает линии и станции, но не передаёт цвет стен и шум в вагонах. Упрощение полезно, пока оно не мешает получить ответ на поставленный вопрос.
Материальная модель отличается от информационной способом существования. Первая — предмет или устройство, которое физически воспроизводит некоторые черты оригинала; вторая — сведения, организованные в виде описания, схемы, таблицы или формулы. Выбор между ними зависит от того, что удобнее исследовать и передавать. Макет здания можно осмотреть с разных сторон, а его план позволяет точнее изучать расположение помещений.
Один объект можно представить разными моделями, потому что задачи требуют разных сведений и способов их представления. Для изучения формы Земли используют глобус, а для поиска маршрута по городу — карту. Каждая из этих моделей оставляет за пределами внимания свойства, не нужные в соответствующей ситуации. Следовательно, подходящую модель выбирают не по принципу «самая подробная», а по её соответствию цели.
Пригодность модели оценивают по тому, достаточно ли точно она передаёт свойства, важные для задачи. Если точности не хватает, выводы могут оказаться неверными; если модель чрезмерно сложна, работа с ней может стать неоправданной. Кроме того, следует обозначить допущения — условия и упрощения, принятые при построении модели. Полученные выводы применимы лишь в рамках этих допущений, а не автоматически ко всем реальным ситуациям.
| Признак | Материальная модель | Информационная модель |
|---|---|---|
| Форма существования | Реальный предмет или устройство | Описание в виде сведений |
| Какие свойства оригинала воспроизводит | Отдельные свойства, доступные для физического воспроизведения | Свойства и связи, зафиксированные в описании |
| Примеры | Глобус, макет здания | Текст, схема, таблица, формула |
| Для чего используется | Для наглядного изучения физических свойств оригинала | Для описания, хранения и анализа сведений |
Чтобы пользоваться таблицей, сначала определите, в какой форме существует рассматриваемая модель: как предмет или как описание. Затем сравните, какие свойства оригинала она передаёт и какую задачу помогает решить. Некоторые модели могут сочетать разные формы представления, поэтому важнее всего их назначение.
Условие. Для изучения расположения материков на Земле выберите подходящую модель и объясните, какие свойства она передаёт. Здесь цель — не найти точный маршрут или исследовать климат, а понять, где находятся материки относительно друг друга. Поэтому нужно выбрать модель, которая показывает Землю целиком и сохраняет её форму.
Ответ. Подходит глобус: он передаёт форму Земли и расположение материков относительно друг друга. Размеры на нём уменьшены, поэтому для изучения реальных расстояний потребуются масштаб и дополнительные данные.
Условие. Нужно описать расписание уроков для учеников. Выберите вид информационной модели и укажите, какие сведения в неё включить. Расписание должно помогать быстро находить нужный урок, а не содержать все возможные сведения о школьной жизни.
Ответ. Подойдёт табличная информационная модель с днями недели, порядком уроков и названиями предметов. Если ученикам нужно знать время начала занятий или номер кабинета, эти данные тоже можно включить.
Условие. Модель маршрута учитывает расстояние и среднюю скорость, но не пробки и остановки. Нужно объяснить, какие выводы по ней допустимы. Чтобы ответить, сначала отделим учтённые характеристики от исключённых факторов: именно они задают границы результата.
Ответ. Модель даёт ориентировочную оценку времени при принятых допущениях. В действительности пробки и остановки могут увеличить длительность, поэтому результат не следует считать точным прогнозом.
Считать модель полной копией оригинала — ошибка: модель сохраняет лишь свойства, важные для конкретной цели. Так думают, когда ожидают от любого описания исчерпывающей точности. Проверьте себя вопросом: какие свойства объекта в модели отсутствуют и мешает ли это решению задачи? Если отсутствие свойства не влияет на ответ, модель не обязана его воспроизводить.
Называть любой предмет моделью без указания оригинала и задачи недостаточно. Один и тот же предмет может быть моделью в одной ситуации и обычным предметом в другой, поэтому название само по себе ничего не объясняет. Ошибка возникает, если забыть, что модель оценивают относительно того, что изучают. Проверьте себя: можете ли вы назвать оригинал и цель, для которой предмет его замещает?
Полагать, что у объекта может быть только одна модель, неверно: разные задачи требуют разных свойств и способов представления. Например, глобус и карта показывают Землю по-разному, потому что помогают решать разные задачи. Такое заблуждение появляется, когда модель принимают за единственное правильное описание. Проверьте себя: изменится ли набор нужных сведений, если изменить цель исследования?
Использовать выводы модели за пределами её допущений тоже нельзя. Упрощённое описание не учитывает свойства, которые в него не включены, и при новых условиях результат может измениться. Ошибку допускают, если воспринимают расчётную оценку как гарантированный прогноз. Перед выводом перечислите допущения модели и проверьте, соблюдаются ли они в рассматриваемой ситуации.
Для моделирования нужно понимать, что объекты и процессы обладают свойствами, которые можно наблюдать и описывать. Поэтому умение выделять признаки объекта служит основой для выбора существенных сведений. Позже моделирование пригодится при изучении информационных моделей, алгоритмов и баз данных: там важно точно задавать данные и связи между ними. Оно также используется в компьютерном эксперименте, когда исследуют поведение модели, а не самого оригинала.
Чем модель отличается от самого объекта?
Объект существует сам по себе, а модель служит его заместителем для исследования. Она сохраняет некоторые свойства оригинала и обычно не воспроизводит его целиком.
Почему модель не обязана точно копировать оригинал?
Для решения задачи нужны не все свойства объекта, а только существенные. Поэтому модель упрощают, чтобы сосредоточиться на нужных характеристиках.
Может ли один объект иметь несколько моделей?
Да. Для разных задач важны разные свойства, поэтому один объект можно представить, например, схемой, таблицей или материальным макетом.
Чем материальная модель отличается от информационной?
Материальная модель — предмет или устройство, которое воспроизводит отдельные свойства оригинала. Информационная модель — описание сведениями, например текстом, схемой или формулой.
Как понять, подходит ли модель для поставленной задачи?
Нужно проверить, отражает ли она свойства, необходимые для решения задачи, и достаточно ли она точна. Также следует учитывать допущения: выводы модели действуют только в их пределах.
2.1. Моделирование как метод познания
