Моделирование. Виды моделей.

Краткое содержание модуля: подробно раскрыто многообразие смыслов термина «философия», рассмотрена упрощенная модель возник-новения новой для конкретного человека информации, а также две модели управляющих воздействий в системе ЧТС.

Ключевые термины:явление, трактовка явления, органы чувств человека, данные, образы данных, новая информация для конкретного человека.

Основное содержание модуля.

Моделирование - группа видов деятельности, связанных с выделением значимых для человека-исследователя отдельных характеристик объекта исследования и формированием его образа-заместителя (модели) исключи-тельно в аспекте этих характеристик.

Модель объекта позволяет:

● понять и предсказать поведение или свойства объекта в заданных условиях;

● анализировать или синтезировать объекты едиными методами;

● объединять усилия исследователей, создающих или изучающих процессы деятельности.

Чтобы изучать модель, она должна быть достаточно простой. Дости-чь такой простоты можно лишь пренебрегая некоторыми существенными свойствами объекта. Модель - это компромисс между простотой и реаль-ностью.

Классификация моделей всегда субъективна, так как её выполняют всего по одному основанию из многих реально существующих для любой модели.

Таким основанием может служить:

● степень абстрактности;

● аспект моделирования

● соответствие моделируемому объекту;

● форма реализации модели;

● наличие управляемых переменных;

● изменение во времени;

● степень определенности;

● способ реализации;

● другие критерии, субъективно или объективно возникающие при моделировании.

Рассмотрим ряд таких классификаций.

ПО СТЕПЕНИ АБСТРАКТНОСТИ моделирование разделяют на:

● пpедметное - моделирует основные геометpические, физические, динамические и функциональные хаpактеpистики исследуемого объекта;

● физическое - воспроизводит физические пpоцессы, протекающие внутри этого объекта или участником которых этот объект является;

● пpедметно-математическое - исследует физические пpоцессы на объектах иной, чем у рассматриваемого, физической пpиpоды на ос-новании подобия математических описаний соотношений характеристик этих объектов;

● абстpактно-математическое - моделирует алфавитно-цифро-вые (знаковые) лингвистические конструкции («формулы и тексты»), поз-воляющие осуществлять расчёты, вычислять и прогнозировать числен-ные значения параметров исследуемого объекта.

ПО АСПЕКТУ моделирование разделяют на:

● функциональное - задает совокупность функций, функциональных подсистем и их взаимосвязи;

● информационное - отражает состав и взаимосвязи между элемен-тами системы);

● поведенческое или событийное - воспроизводит динамику функ-ционирования с помощью понятий: состояние системы, последователь-ность событий, условия перехода из одного состояния в другое и т.п.

ПО СООТВЕТСТВИЮ МОДЕЛИРУЕМОМУ ОБЪЕКТУ моделирова-ние разделяют на:

● полное - в строгом соответствии с моделируемым объектом строят изоморфные модели, которые дают о нём исчерпывающую информацию;

● приближенное - сознательно огрубляя исследуемый объект строят гомоморфные модели, значительно сокращая число факторов, оставляя наиболее существенные из них для создателя модели.

ПО ФОРМЕ РЕАЛИЗАЦИИ моделирование разделяют на:

● реальное - исследуют характеристики реального физического объ-екта моделирования или его части;

● мысленное - применяют, когда модель невозможно реализовать в заданном интервале времени или вообще отсутствуют условия для её физического создания.

ПО НАЛИЧИЮ УПРАВЛЯЕМЫХ ПЕРЕМЕННЫХ моделирование раз-деляют на:

● конструктивное - в модель включены управляемые переменные для осуществления эффективных управляющих воздействий;

● дескриптивное (описательное, концептуальное) - модель выпол-няют в виде схемы представлениё о том, какие переменные наиболее существенны, как они математически связаны между собой.

ПО ИЗМЕНЕНИЮ ВО ВРЕМЕНИ моделирование разделяют на:

● статическое - модель отображает состояние объекта в фиксиро-ванный момент времени;

● динамическое - модель отображает изменение объекта на протя-жении определенного (часто - длительного) отрезка времени.

ПО СТЕПЕНИ ОПРЕДЕЛЁННОСТИ моделирование разделяют на:

● детерминированное - модель отображает процессы, в которых все параметры и воздействия не случайны и обусловлены конкретными причинами;

● стохастическое, когда моделируемые явления и объекты счита-ют вероятностными.

ПО СПОСОБУ РЕАЛИЗАЦИИ моделирование разделяют на:

● наглядно-образное - модели строят по принципу геометрического подобия (чертежи, схемы, диаграммы, карты, макеты, модели солнечной системы в планетариях, модели атома и т.п.);

● математическое или символьное - моделируемому объекту ста-вят в соответствие набор символов и конструкций из них (математичес-ких выражений); математические модели удобны для исследования и ко-личественного анализа в компьютерных информационных технологиях, позволяют получить решение для конкретного случая и определить влия-ние параметров системы на результат решения;

● имитационное - компьютерное воспроизведение на математиче-ских моделях (имитация во времени) алгоритма функционирования и по-ведения сложных объектов; заменяет проведение натурных испытаний;

● натурное - исследование проводят на реальном объекте;

● физическое - исследование проводят на установках, которые со-храняют физическую природу исследуемого объекта, но отличаются от него размерами, формой и другими характеристиками: например - аэро-динамическая труба, в которой имитируют воздушные потоки и отраба-тывают свойства летательного аппарата);

● аналоговое, когда набор одних свойств используют для отображе-ния свойств другой физической природы: гидравлическая система как аналог электрической транспортной системы; электрическая система как аналог механической транспортной системы и т.д.

Перечисленные разновидности моделирования основаны на мысли-тельной деятельности (мыследеятельности) человека, являются её проявлением и результатом. Органическое свойство мыследеятельности человека - идеализация, мысленное формирование наглядных представлений, образов, понятий, теорий и взаимосвязей применительно не только к объектам реальной действительности, но и к ещё не существующим или к кажущимся не осуществимыми в действительности объектам.

Наиболее известными примерами построенных на основе идеализа-ции объектов являются геометрические образы и понятия свойствен-ного зрению и мышлению человека трехмерного геометрического про-странства: точка, линия, плоскость, поверхность и т.д.

С древних времен такие модели мыследеятельности человека назы-вают геометрическими. Этими и многими другими идеальными объек-тами (несобственная точка, метр, грамм, секунда, идеальный газ, абсо-лютно чёрное тело, сообщество, общественно-экономическая формация, государство и др.) человек оперирует во всех без исключения видах сво-ей деятельности.

Мысленные модели объектов не отделены от их создателя - чело-века, материальным носителем таких моделей является конкретный че-ловек. Это идеально-абстрактные, образные отображения процессов и результатов мыследеятельности человека. При необходимости человек может параметризовать мысленные модели, дополнять их размерами.

Однако, даже в процессе собственной мыследеятельности (общения с самим собой) человек не обходится только мысленными моделями объектов. Необходимыотчуждение мысленной модели объекта от её создателя, а такжефиксация отчужденной модели на каком-либо мате-риальном носителе (создание отдельного от этого человека предмета материального мира).

Условные модели объектов являются материально-знаковыми реа-лизациями процессов отчуждения мысленной модели объекта. Такое отчуждение может выполнить только сам конкретный человек - создатель и носитель мысленной модели. Поэтому качество отчуждаемых (условных) моделей полностью зависит от способности человека выполнить процесс отчуждения, от желания и возможности выполнять его качественно, от используемых средств и методов отчуждения. Полученный в результате отчуждения объект материального мира (условная модель:физическая, лингвистическая, графическая или какая либо ещё) обеспечивает возможность:

● фиксации условных моделей для поддержания собственной мыс-ледеятельности создателя мысленных моделей объектов (организация архива мыследеятельности, её «внешней» долговременной памяти);

● обсуждения условной модели её создателем в контакте с другими людьми (специалистами);

● объективной оценки или экспертизы условной модели специалис-тами в отсутствии создателя модели;

● передачи отчужденной (условной) модели объекта для использо-вания другим специалистам.

Такое использование предусматривает:

● фиксацию данных(результатов) в «штатных» ситуациях исполь-зования условной модели;

● получение новых знанийпри возникновении «нештатных» ситуа-ций;

● демонстрацию работы условной моделив процессе обучения и передачи знаний.

В системе ЧТС, являющейся объектом-представителем в процессе демонстрации возможностей инфографии, приоритетным компонентом является человек.

Зарубежные и отечественные исследователи (А.М.Прохоров, 1975; М.Л.Перепелицын, 1990; Г.М.Дьяченко, 1992; Р.О'Нейл, 1995; В.И.Раков., 2000 и др.) наглядно показали, что от природы человек надёлен двумя явно различимыми принципиально разными возможностями взаимодей-ствия и связи, которые он использует, выполняя моделирование и фор-мируя условные модели объектов:

1) средствами взаимодействия на уровне физиологических датчиков - рецепторов органов чувств (вкус, осязание, обоняние, слух и зрение) и исполнительных органов - механизмов человека, воспринимающих и пе-редающих вещество, информацию и энергию; этот вид средств связи че-ловек распознает, регулирует и использует либо инстинктивно (неосоз-нанная мгновенная реакция на горячее) либо осознано, по собственному желанию (управляемый процесс);

2) средствами взаимодействия, основанными на использовании в трактах приёма и передачи человеческой мысли, как организованной энергии, или сигналов более сложного и «богатого» структурно-энер-гетического содержания.

Второй из перечисленных вид средств связи светским обществом не признан, человеком до конца не осознан и его реальные возможности полностью не выяснены; человек использует эти средства, как правило, неосознанно, случайно, вне своих желаний, нерегулируемо им самим, в экстремальных для его тела или духа ситуациях.

Считают (В.И.Раков, 2000 и др.), что особенностью первого вида средств взаимодействия является достаточно жесткая локализация их функционирования (ограниченность области действия в пространстве и времени около источника воздействия, таблица 5.1.).

Таблица 5.1.

Органы чувств – «датчики» человека (по Ракову В.И.)

Наимено- вание чувства	Органы вос-приятия (рецеп- торы- датчики)	Материал (субстанция) воздействия, вызывающего у человека ощущения	Носитель воздействия (средство доставки во-здействия к органу восп-риятия)	Дальность контакта	Процент сведе-ний от внешне- го мира, посту-пающих через орган чувств
Осязание	Кожа	Объект	Объект	Прикосно-вения
Вкус	Язык	Объект	Объект	Прикосно-вения
Обоняние	Нос	Ароматы	Воздух (среда)	Метры
Слух	Ухо☼	Звук	Звук (среда)	Десятки метров
Зрение	Глаз☼	Световые трёхмерные символы (образы)	Свет (среда)	Сотни метров	Более 80%

^☼ Возможности по приёму сигналов до конца не изучены

Общепризнанные физиологические средства, посредством которых человек воспроизводит в себе сигналы для их передачи во внешний мир, также узко регламентированы (таблица 5.2).

Исследования опровергают сложившийся миф о «царе природы» - в сравнении с животным миром приёмные и передающие возможности че-ловека просто скудные. Даже обонятельная функция животных и птиц намного превосходит возможности человека по дальности:

● чайки чувствуют запах рыбы при её разделке за сотни метров;

● акулы чувствуют «запах» крови за многие сотни метров;

● белый медведь чувствует запах подвяленной или паленой нерпы за десяток километров.

Поэтому, несколько утрируя, человека можно назвать «биологичес-ким объектом ближнего действия взаимосвязи».

Какую бы позицию во взаимодействии (пассивную или активную) че-ловек, как субъект связи, ни занимал, всегда остаются важными пробле-мные процессы,- «чем» и «как» реализовать:

● вызов на связь;

● передачу сообщения от источника приемнику;

● передачу ответных сообщений к источнику-инициатору связи.

Конечными сигналами для человека всегда остаются его чувства и ощущения (таблицы 5.1. и 5.2.).

Таблица 5.2.

Передаваемые ощущения человека в сеансе связи (по Ракову В.И.)

Характер передава- емого ощущения	Орган, воспрои-зводящий ощу-щение (исполни- тельный меха-низм)	Материал (субстанция), из которого образовано передающее ощущение	Носитель переда- ющего ощущения	Дальность передачи ощущения
Осязательные	Кожа	Объект (тело)	Объект (тело)	Прикос-новение
Вкусовые	Тело	Объект (тело)	Объект (тело)	Прикос-новение
Обонятельные	Органы дыхания, тело (плоть), потовые железы	Ароматы (от источника)	Воздух (среда)	Метры
Слуховые	Голосовые связки, гортань, рот, язык	Звук (от источника)	Звук (от источника)	Десятки метров
«Образные» (световые зрительные образы)	Мышечная сис-тема (для произ-водства симво- лов и образов)	Световые трёхмерные образы	Свет от среды (видимый спектр)	Сотни метров

Формирование и использование условных моделей относят к классу наглядно-образного моделирования, исследованию которого посвя-щены многочисленные исследования физиологов, психологов, специа-листов в области искусственного зрения, кибернетиков и многих других.

Понимание существа моделирования, как неотъемлемой части соз-нания и существования человека, невозможно без учёта фундаменталь-ных научных открытий ХХ века: аналитической психологии швейцарс-кого психолога Карла Густава Юнга («Психологические типы», 1920) и концепции функциональной асимметрии полушарий мозга профессора Калифорнийского технического университета Роджера Сперри, лауреа-та Нобелевской премии по физиологии и медицине (1981).

Даже краткое изложение научного содержания и практических при-ложений каждого из этих открытий, а также развивающих их современ-ных исследований и теорий, невозможно в рамках нашей публикации и требует от заинтересованного читателя серьезного внимания в процессе изучения.

Мы же, не вдаваясь в подробности, подчеркнем главное.

К.-Г.Юнг, изучая образы - «архетипы» сознательного и бессознате-льного, разделял сознание человека на три основных типа по первичной направленности:

● на объект - экстравертное;

● на субъект - интровертное;

● соединяющее их ритмическое и равнонаправленное - амбиверт-ное.

Когда личность человека ярко не выражена, определить тип его со-знания достаточно сложно. Но для ярко выраженной личности тип сознния обнаруживается всегда.

Эксперименты американского ученого Р.Сперри (конец 60-х годов ХХ века) по вынужденному «отключению» одного из полушарий головного мозга выявили особенности их «изолированной» работы.

Сознание человека использует два механизма мышления:

● логический (символический, алгебраический) использует совокуп-ность абстрактных символов и текстов;

● образный (интуитивный, геометрический) использует чувственные образы и представления о них.

Физиологически логическое мышление связано с левым, а образное - с правым полушарием головного мозга человека.

Р.Сперри обнаружил, что не травмированный головной мозг челове-ка стабильно проявляет функциональную асимметрию полушарий: работают оба полушария мозга, но индивид проявляет врожденное до-минирование левого или правого полушария; у отдельных индивидов оба полушария функционируют в равной степени.

Научные открытия К.-Г.Юнга, Р.Сперри и их последователей позво-ляют определить разницу в направленности эволюции народов, культур и цивилизаций Запада и Востока:

● эволюция Запада экстравертна, направлена на объект, ориенти-рована на развитие рационально-логического функционирования левого полушария мозга;

● эволюция классического Востока интровертна, направлена на субъект, ориентирована на развитие правого полушария мозга (выявле-ние множества неочевидных взаимосвязей и формирование целостного

и многозначного образа контекста), выражена в религиозном многооб-разии и подчеркивании личного пути.

Существует и третье направление эволюции, свойственное созна-нию и культурам народов стран «Евразийского Эллипса» (Россия, Турция, Израиль, исламские государства). Свойственное этим народам «рав-нонаправленное» на полушария мозга сознание имеет два варианта проявления:

● синтезированное, которое проявляется в ритмичной взаимосвя-зи обоих полушарий в условиях общепринятых ценностей однородного порядка; например - у наций, исповедующих ислам;

● двойственное, которое проявляется то как экстравертное, то как интровертное; например - у иудеев: равнозначны материальная (экстра-вертная) и религиозная (интровертная) стороны жизни на фоне отсутст-вия противоречий в силу однородности представлений о ценностях).

Отличие России от остальных стран «Евразийского Эллипса» - в явно выраженной неоднородности (отсутствии единых правил существова-ния) природно-климатических, экономических, национальных, религиоз-ных и многих других аспектов жизни. Неоднородность - причина неодно-значности национального сознания.

Одна часть нации («западники» или «объективисты») демонст-рирует в сознании и культуре экстравертную доминанту левого полу-шария головного мозга. Другая часть («восточники» или «субъекти-висты») демонстрирует интровертную доминанту правого полушария. И лишь немногочисленная группа индивидов («евразийцы») демонстри-руют синтезированное равнонаправленное сознание. Это разделение ге-нетически предопределено.

Объективист демонстрирует формальное логико-знаковое мышле-ние, выбирая из многочисленных связей между объектами (предметами и процессами) только наиболее существенные для решения конкретной за-дачи (создает однозначный контекст, вносит искусственность в картину мира). Нередко предпочитает монотонную рутинную работу, которая не кажется ему скучной, так как соответствует его формальному логико-знаковому мышлению.

Субъективист демонстрирует наглядно-образное мышление, учиты-вает (в том числе - интуитивно) максимальное число признаков и связей многих объектов и субъектов (создает многозначный контекст, обеспе-чивая тем самым естественную непосредственность восприятия мира). Для него творческая деятельность менее утомительна, чем рутинная, мо-нотонная работа.

С раннего возраста (а в пределах средней и высшей школы – на- верняка!) крайне важно правильно строить воспитание и обучение.

Так, чтобы оба нужных человеку типа мышления развивались гармо-нично, а наглядно-образное мышление (и одно из важных его проявле-ний - когнитивное, то-есть способствующее познанию, инфографиче-ское моделирование) не оказалось «скованным» рассудочностью, не иссякал творческий потенциал человека.

Один из ведущих отечественных специалистов по разработке ин-теллектуальных систем академик Поспелов Д.А. отмечал, что «… в современном образовании, использующем компьютерные методы и средства, и в последующей научно-практической деятельности специалистов имеет место явно выраженный «левополушарный крен», а явление это далеко не безобидное…».

Наглядно-образное моделирование - это вид или группа видов дея-тельности, связанных с выделением значимых для человека-исследователя отдельных характеристик интересующего его объекта или субъекта и формированием его образа-заместителя (модели) исключительно в аспекте этих характеристик.

Рис.5.1. Локальные наглядно-образные модели

Каждая отдельная локальная наглядно-образная модель (ЛНОМ_ik, рис.5.1.):

● отображает локальный образ «частного» восприятия моделируемого объекта или субъекта конкретным исследователем;

● не обладает всей полнотой свойств и характеристик моделируемого объекта или субъекта;

● не является универсальной, так как её формируют для решении конкретной проблемы или задачи;

● может потребовать адаптации, доработки или оказаться полностью непригодной при попытке использования её для решения иной проблемы или задачи с другими ограничениями.

ЛНОМ_i (образ) и её автор в их взаимосвязи (рис.5.2.) с точностью до принятых ограничений однозначно отображают процедуры решения двух основных задач наглядно-образного моделирования:

● прямая задача - отображение конкретным человеком-исследователем моделируемого объекта или субъекта в рамках принятых ограничений в виде ЛНОМ_i;

● обратная задача - восстановление представлений о моделируемом объекте или субъекте самим автором модели с точностью до ограничений ЛНОМ_i.

Рис.5.2. Прямая и обратная задачи наглядно-образного моделирования

Приведенные на рис.5.1. и 5.2. инфографические модели позволяют сделать несколько важных выводов:

● множество ЛНОМ_ik целесообразно разнообразить, группируя их по це-лесообразности применения;

● замена любого из звеньев, участвующих в решении прямой и обра-тной задачи наглядно-образного моделирования, приводит к изменению получаемых результатов;

● использование ЛНОМ_i в отрыве от контекста решения прямой и об-ратной задач (то есть другим человеком или при других ограничениях) может сделать эту ЛНОМ_i неработоспособной.

Упомянутый выше Поспелов Д.А. сформулировал три основных задачи наглядно-образного моделирования, которые, в приложении к когнитивному инфографическому моделированию, можно изложить следующим образом:

1. Создание моделей представления знаний, позволяющих унифици-рованными средствами отображать как алгебру и символику объектов (пре-дметов и процессов) логического мышления так и интуитивно-геометри-ческие картины образного мышления;

2. Визуализация знаний человека, для которых пока невозможно подо-брать текстовые описания или которые пока недоступны для анализа че-ловеком по причине большого объёма информации;

3. Поиск путей перехода от физически или мысленно наблюдаемых интуитивно-геометрических картин образного мышления (когнитивных инфо-графических моделей) к формулированию гипотезы о природе механизмов и процессов, скрытых за динамикой наблюдаемых картин.

Различают иллюстративную и когнитивную функции наглядно-образного моделирования, которые соответственно реализуют в деклоративных и процедурных организационных формах (структурах деятельности).

Рис.5.3. Функции и организационные формы наглядно-образного

Моделирования знания

Каждый человек формирует приемы подсознательной умственной дея-тельности по-своему, а современная психология не располагает строго обоснованными способами формирования творческого потенциала чело-века. Поэтому очень важно с раннего возраста формировать в человеке интенцию к наглядно-образному моделированию.

Развитие стремления человека к использованию в наглядно-образном моделировании известных и формированию оригинальных процедур - одна из главных задач инфографии. В результате её решения человек формирует сугубо личностные, не существующие в таком виде ни у кого, компо-ненты знания.

Процесс создания и чувственного восприятия образа в мыследеяте-льности можно характеризовать как «… процедуру искусства наглядно-образного моделирования, реализуемую на первом сенсорно-моторном этапе процесса формирования целостного сбалансированного двухполу-шариевого мышления…» (Жан Пиаже, 40-е годы ХХ века).

Второй символьный этап обеспечивает формирование «многомерной голограммы образа» (по К.Прибраму), которую человек осмысливает на третьем логическом этапе и выражает средствами выбранного языка на четвертом лингвистическом этапе.

Инфография представляет собой одну из попыток оснастить наглядно-образное моделирование типологическими модулями-схемами, имеющими, как и отображаемые ими проблемы, образную природу (инфографическими моделями), которые можно использовать порознь или объединять (аг-регатировать) в композиционные инфографические модели, разные по сложности и целевому назначению.

Композиционные инфографические наглядно-образные модели способ-ны воспроизводить деятельность и её этапы, разъяснять феномен реф-лéксии, прогнозировать поведение моделируемого объекта или субъекта.

При этом специалисты разных областей знания либо вводят пояс-няющие (но не задающие) смысл используемых понятий определения, либо полагают их излишними, считая смысл понятий общеизвестным.

Вопросы для самопроверки.

1. Что может служить основанием для классификации моделей? При-ведите примеры таких оснований.

2. Поясните термин «идеализация» в мыследеятельности.

3. Как соотносятся между собой мысленные и условные модели?

4. Для реализации каких семи возможностей формируют условные модели?

5. Почему человека условно называют «биологическим объектом ближ-него действия взаимосвязи»?

6. На какие три типа разделяют сознание человека по первичной направ-ленности?

7. Какие два механизма мышления использует сознание человека?

8. Перечислите четыре свойства отдельных локальных наглядно-образ-ных моделей.

9. Чем отличаются деклоративные и процедурные организационные фо-рмы и структуры деятельности?