Достоверность модели достигается посредством наблюдения и логически правильной обработки данных

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………...3

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ……………………………………………...4

Методологические и теоретические основы процесса моделирования.....4

1.2Моделирование экологических систем и процессов……………………….10

ГЛАВА 2.МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ……………....13

2.1. Характеристика объекта и условия проведения исследования………....13

2.2 Методика проведения исследования………………………………………..15

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ АНАЛИЗ……….....17

3.1 Сравнительный анализ компонентов синтетических моющих средств…....17

3.2.Влияние синтетических поверхностно-активных веществ на водные растения......................................................................................................................20

ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………………….......22

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК……………………………………….....23

ПРИЛОЖЕНИЯ……………………………………………………………….......25

Приложение 1......................................................................................................25

ВВЕДЕНИЕ

В данное время охране окружающей среды во всех странах мира уделяется большое внимание. Так как в последние столетия человек активно вторгся в живой мир Земли.

В результате этого возникли острые проблемы. Большой процент всех загрязнений водоемов приходится на синтетические моющие средства, что связано с большими темпами развития производства моющих средств.

Бытовая химия окружает нас везде. Начиная с самого утра, заходя в ванную, мы чистим зубы пастой, моем руки, посуду, стираем, и так продолжается весь день. Включая телевизор, мы снова сталкиваемся с информацией о бытовой химии.

Представители различных фирм рекламируют нам свою продукцию, убеждая в том, что именно она самая лучшая и самая надежная, гарантируя ее безопасность и качество. Часто бывает так, что покупатели обращают внимание только на яркую красивую упаковку, и даже не интересуются составом продукта. А загрязнители, попадая в почву и водоемы, оказывают токсическое воздействие на животных и растения.

Опасными загрязняющими веществами для природной среды являются поверхностно-активные вещества, которые используются практически во всех отраслях народного хозяйства и в быту[11].

Именно поэтому я считаю, что выбранная мной тема курсовой работы на сегодняшний день является очень актуальной.

Цель работы: изучить принципы и этапы моделирования природных процессов на примере водной экосистемы

Для достижения поставленных целей необходимо решить следующие задачи:

1. Изучить влияние ПАВ на водные растения, на примере Элодеи Канадской.

2. Провести сравнительный анализ компонентов синтетических моющих средств.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Методологические и теоретические основы процесса моделирования

Понятие «модель» возникло в процессе опытного изучения мира, а само слово «модель» произошло от латинских слов modus, modulus, означающих меру, образ, способ. Первоначальное развитие модели получили в строительном искусстве.

Модель - это система, исследование которой служит средством для получения информации о другой системе. Модель проще реального объекта. Она отражает не все его свойства и характеристики, а только те, которые интересны нам в данном исследовании.

Моделирование – это метод познания, состоящий в создании и исследовании моделей[6].

Моделируемый объект называется оригиналом, моделирующий - моделью[1]. Модели очень полезны как средство интеграции всего того, что известно о моделируемой ситуации, при этом они и выявляют неточности в исходных данных об объекте, определяют новые аспекты его изучения. Выступая универсальным методом научного исследования, моделирование обладает рядом специфических особенностей:

Моделирование дает возможность изучать процесс до его осуществления. При этом выявляются возможные отрицательные последствия, что позволяет ликвидировать или ослабить их до реального проявления. Прогнозирование последствий – одна из важнейших целей (задач) моделирования.

Моделирование позволяет более целостно изучить процесс, так как появляется возможность выявить не только элементы, но и связи между ними, рассмотреть образовательную ситуацию с различных сторон.

Процесс, представленный моделью, выглядит рельефно, что облегчает теоретический анализ, а следовательно, обоснование путей его совершенствования.

Ввиду того, что при моделировании ситуации сознательно (в целях исследования) упрощаются, становится возможным применять количественные методы анализа и получать на их основе научно обоснованные сведения о процессе[7].

Научной основой моделирования служит теория аналогии. Под аналогией понимают сходство объектов по их качественным и количественным признакам. Аналогия неразрывно связана с моделью, но нельзя путать эти два понятия. Это среднее опосредующее звено между моделью и объектом. Функция такого звена заключается в сопоставлении различных объектов, обнаружении и анализе объективного сходства определенных свойств, отношений, присущих этим объектам.

Нормативные условия, соблюдение которых повышает степень достоверности заключения по аналогии и обеспечивает правильность умозаключений:

1. Чем больше общих свойств или сходных признаков у сравниваемых предметов, тем вероятнее их одинаковость и в других отношениях.

2. Чем существеннее найденные общие свойства, тем выше степень правомерности вывода.

3. Чем глубже познана взаимная закономерная связь сходных признаков, тем вывод ближе к достоверности.

4. Существуют условия ограничения, запрещающие переносить на предмет результаты действия времени, если таковые не связаны с предметами по существу или по его происхождению.

5. Общие свойства должны быть возможно более характерными для сравниваемых предметов.

6. Переносимые свойства должны быть того же типа, что и общие свойства.

7. Предметы должны сравниваться по любым случайно выбранным свойствам[5].

При решении любой задачи основную роль играют эксперимент и модель, а также анализ полученных результатов. Для исследователя эти элементы неотделимы друг от друга.Модель дает правильно поставленный эксперимент, а эксперимент уточняет модель. Эксперимент имеет два направления: обработка результатов и планирование эксперимента.

Моделирование по сути является методологией эксперимента. Оно указывает как ставить эксперимент и как обрабатывать его данные, чтобы получить результат, не только достоверный в данном частном случае, но и распространяющийся на группу подобных явлений.

Достоверность модели достигается посредством наблюдения и логически правильной обработки данных.

Моделирование выступает как этап деятельности, направленной на изменение состояния системы или объекта в сторону улучшения его функционирования.

Принимая во внимание требования к модели, которая предполагает, что метод создания модели понятен всем и обоснован, описываемые компоненты модели должны быть:

- точными и полными, т. е. не содержать пробелов в перечне функциональных или системных характеристик, в тоже время не содержать лишних характеристик;

- четкими и лаконичными с достаточной степенью детализации;

- приемлемыми, т. е. смысл и польза от их применения отчетливо представлены тем, кто использует данные модели;

легкими и доступными в использовании, т. е. соответствовать опыту и навыкам тех, кто будет их использовать, сопровождаться инструкциями (или предполагать обучение), поясняющими, как использовать данные модели, а также предполагать использование индикаторов, основанных на оцениваемых проявлениях.

Рассмотрим конкретные типы моделирования:

1. Физическое моделирование - это создание уменьшенных копий реальных объектов и систем. Примером физической модели в экологии является аквариум[9]. Основным недостатком такого типа модели является то, что при обратно масштабном переходе, т.е. при увеличении размеров, некоторые закономерности, которые соблюдались на модели, соблюдаться перестают. Физическое моделирование характеризуется, прежде всего, тем, что исследования проводятся на установках, обладающих физическим подобием, т. е. сохраняющих полностью или хотя бы в основном природу явлений. Если осуществлено полное или неполное физическое моделирование, то по характеристикам модели можно получить все характеристики оригинала пересчетом через масштабные коэффициенты[2].

2. Концептуальное моделирование - это создание блок-схем, взаимодействие подсистемы процессов в пределах более сложных систем. Примером являются круговороты веществ.

3. Графическое моделирование - это изображение зависимости между переменными в одной из систем координат, чаще всего в прямоугольной декартовой системе. Примером являются графики изменений численности популяций.

4. Математическое моделирование имеет огромное преимущество. Поскольку при этом способе моделирования нет необходимости сохранять размеры сооружении, нагрузки на элементы конструкции, имеется возможность получить существенный выигрыш во времени и стоимости исследования. Под этим видом моделирования понимают способ исследования различных процессов путем изучения явлений, имеющих различное физическое содержание, но описываемых одинаковыми математическими моделями. Например, колебания и волны различной природы (колебания маятника и колебания в электрической цепи аналогичны)[9].

В общем случае процесс моделирования состоит из следующих этапов:

1. Постановка задачи и определение свойств оригинала, подлежащих исследованию.

2. Констатация затруднительности или невозможности исследования оригинала в натуре.

3. Выбор модели, достаточно хорошо фиксирующей существенные свойства оригинала и легко поддающейся исследованию.

4. Исследование модели в соответствии с поставленной задачей.

5. Перенос результатов исследования модели на оригинал.

6. Проверка этих результатов[2].

Основными задачами являются: во-первых, выбор моделей и, во-вторых, перенос результатов исследования моделей на оригинал[3].

Можно много привести примеров моделей, при помощи которых описываются и изучаются те или иные явления.

Так, например, на моделях стали изучать течение водяных потоков, различные гидродинамические явления, происходящие при мощных взрывах, при землетрясениях.

Модель дает возможность наблюдать такие явления как, извержение вулкана, возникновение и исчезновение горных систем. Модели широко применяются в кораблестроении, самолетостроении, ядерной физике, а также строительстве[8].

Физико-математическое моделирование соединяет в себе элементы и физического и математического моделирования[2].

Любая экологическая система очень сложна, поэтому изучение процессов, протекающих в ней на самой системе требует существенных затрат времени и средств. Получить полную информацию о системе практически невозможно. В подобных случаях процессы и явления, происходящие в системах, стараются изучать на специально созданных искусственных объектах, которые в той или иной мере отражают свой свойство исходных систем[4].

Моделирование, по сути, является методологией эксперимента. Оно указывает, как ставить эксперимент и как обрабатывать его данные, чтобы получить результат, не только достоверный в данном частном случае, но и распространяющийся на группу подобных явлений.

Достоверность модели достигается посредством наблюдения в нормальных условиях, восприятия или экспериментального исследования объектов познания, логически правильной обработки опытных данных, полученных таким путем, и кроме того посредством логических выводов из имеющегося знания[3].
1.2 Моделирование экологических систем и процессов

Для изученияпроцессов, происходящих в экологических системах, используется как математическое, так и имитационное моделирование[16]. В экологическом моделировании можно выделить два основных направления:

а) моделирование взаимодействия организмов друг с другом и с окружающей средой ("классическая" экология);

б)моделирование, связанное с состоянием окружающей среды и ее охраной (социальная экология).

Обанаправленияпредставлены большим количеством разработанных моделей.

1. Классическая экология.

В классической экологии рассматриваютсявзаимодействия нескольких типов:

ü взаимодействие организма и окружающей среды;

ü взаимодействие особей внутри популяции (популяция — это совокупность особей одного вида, существующих в одно и то же время и занимающих определенную территорию);

ü взаимодействие между особями разных видов (между популяциями).

2. Социальная экология.

Моделирование, связанное с состоянием окружающей среды, в свою очередь, распадаетсянаряд направлений. Назовем некоторые из них:

ü моделирование водных экосистем (трансформации компонент экосистемы, образования и превращения веществ, потребления, роста и гибели организмов);

ü моделирование продукционного процесса растений (для выбора оптимальной стратегии проведения сельскохозяйственных мероприятий: орошения, полива, внесения удобрений, выбора сроков посева или посадки растений с целью получения максимального урожая);

ü моделирование лесных сообществ (используются как для описания лесных массивов на больших пространственных и временных масштабах, так и для моделирования популяций, в которых основным объектом является отдельное дерево);

ü моделирование загрязнения атмосферы и поверхности земли промышленными выбросами (перенос загрязняющих веществ, ущерб, наносимый здоровью населения, сельскохозяйственным угодьям, лесным массивам, почве, затраты на восстановление окружающей среды и т.д.);

ü глобальные модели, в которых Земля рассматривается как единая экосистема. Наиболее известные модели такого рода — "ядерная зима" (катастрофические последствия ядерной войны), глобальное потепление (парниковый эффект вследствие промышленной деятельности человечества) и т.д[14].

Привлечение компьютеров существенно раздвинуло границымоделирования экологических процессов. С одной стороны, появилась возможность всесторонней сложных математических моделей, не допускающих аналитического исследования, с другой — возникли принципиально новые направления (например, имитационное моделирование).

Вывод: Таким образом, моделирование превращается в один из универсальных методов познания, применяемых во всех современных науках, как естественных, так и общественных, как теоретических, так и экспериментальных, технических.

При решении любой задачи моделирования основную роль играют эксперимент и модель, а также анализ полученных результатов. Для исследователя эти элементы неотделимы друг от друга.

Конкретными типами моделирования являются:

o физическое моделирование;

o математическое моделирование;

o графическое моделирование;

o концептуальное моделирование.

В экологическом моделировании можно выделить два основных направления: классическая экология и социальная экология.

Моделирование и эксперименты с модельными экосистемами на сегодня - едва ли не единственные возможные подходы к предсказанию последствий антропогенных воздействий на экосистемы.