Аналогия и моделирование

Под аналогией понимается подобие, сходство каких-то свойств, признаков или отношений у различных в целом объектов. Установление сходства (или различия) между объектами осуществляется в результате их сравнения. Та­ким образом, сравнение лежит в основе метода аналогии.

Если делается логический вывод о наличии какого-либо свойства, признака, отношения у изучаемого объекта на ос­новании установления его сходства с другими объектами, то этот вывод называют умозаключением по аналогии. Ход такого умозаключения можно представить следующим обра­зом. Пусть имеется, например, два объекта: А и В. Извес­тно, что объекту А присущи свойства Рь Р2,..., Р„, Рп+ь Изучение объекта В показало, что ему присущи свойства pi, Р2,..., Рп, совпадающие соответственно со свойствами объекта А. На основании сходства ряда свойств (Р(, Р2,..., Р„) у обоих объектов может быть сделано предположение о наличии свойства Pn+i у объекта В.

Степень вероятности получения правильного умозаклю­чения по аналогии будет тем выше: 1) чем больше известно общих свойств у сравниваемых объектов; 2) чем существеннее обнаруженные у них общие свойства и 3) чем глубже познана взаимная закономерная связь этих сходных свойств. При этом нужно иметь в виду, что если объект, в отношении которого делается умозаключение по аналогии с другим объектом, об­ладает каким-нибудь свойством, не совместимым с тем свой­ством, о существовании которого должен быть сделан вывод, то общее сходство этих объектов утрачивает всякое значение.

Указанные соображения об умозаключении по анало­гии можно дополнить также и следующими правилами: 1) общие свойства должны быть любыми свойствами срав­ниваемых объектов, т. е. подбираться «без предубеждения» против свойств какого-либо типа; 2) свойство Рп.ц должно быть того же типа, что и общие свойства Р1; Р2,..., Р„; 3) общие свойства Р[5 Р2,..., Рп должны быть возможно более специфичными для сравниваемых объектов, т. е. принадлежать возможно меньшему кругу объектов; 4) свой­ство Рп=1, наоборот, должно быть наименее специфичным, т. е. принадлежать возможно большему кругу объектов.

Метод аналогии применяется в самых различных облас­тях науки: в математике, физике, химии, кибернетике, в гуманитарных дисциплинах и т. д. О познавательной цен­ности метода аналогии хорошо сказал известный ученый-энергетик В. А. Веников: Иногда говорят: «Аналогия — не доказательство... Но ведь если разобраться, можно легко понять, что ученые и не стремятся только таким путем до­казать что-нибудь. Разве мало того, что верно увиденное сходство дает могучий импульс творчеству?.. Аналогия спо­собна скачком выводить мысль на новые, неизведанные орбиты, и безусловно правильно положение о том, что ана­логия, если обращаться с ней с должной осторожностью, — наиболее простой и понятный путь от старого к новому». Существуют различные типы выводов по аналогии. Но общим для них является то, что во всех случаях непосред­ственному исследованию подвергается один объект, а вы­вод делается о другом объекте. Поэтому вывод по аналогии в самом общем смысле можно определить как перенос ин­формации с одного объекта на другой. При этом первый объект, который собственно и подвергается исследованию, именуется моделью, а другой объект, на который перено­сится информация, полученная в результате исследования первого объекта (модели), называется оригиналом (иногда— прототипом, образцом и т. д.). Таким образом, модель всегда выступает как аналогия, т. е. модель и отображае­мый с ее помощью объект (оригинал) находятся в опреде­ленном сходстве (подобии).

Под моделированием понимается изучение модели­руемого объекта (оригинала), базирующееся на взаимоод­нозначном соответствии определенной части свойств ори­гинала и замещающего его при исследовании объекта (мо­дели) и включающее в себя построение модели, изучение ее и перенос полученных сведений на моделируемый объект.

В зависимости от характера используемых в научном исследовании моделей различают несколько видов модели­рования.

1. Мысленное (идеальное) моделирование. К этому виду моделирования относятся самые различные мысленные пред­ставления в форме тех или иных воображаемых моделей. Например, в идеальной модели электромагнитного поля, созданной Дж. Максвеллом, силовые линии представля­лись в виде трубок различного сечения, по которым течет воображаемая жидкость, не обладающая инерцией и сжи­маемостью. Модель атома, предложенная Э. Резерфордом, напоминала Солнечную систему: вокруг ядра («Солнца») об­ращались электроны («планеты»). Следует заметить, что мысленные (идеальные) модели нередко могут быть реали­зованы материально в виде чувственно воспринимаемых фи­зических моделей.

2. Физическое моделирование. Оно характеризуется фи­зическим подобием между моделью и оригиналом и имеет целью воспроизведение в модели процессов, свойственных оригиналу. По результатам исследования тех или иных фи­зических свойств модели судят о явлениях, происходящих (или могущих произойти) в так называемых «натуральных условиях». Пренебрежение результатами таких модельных исследований может иметь тяжелые последствия. Поучи­тельным примером этого является вошедшая в историю ги­бель английского корабля-броненосца «Кэптэн», построен­ного в 1870 г. Исследования известного ученого-корабле­строителя В. Рида проведенные на модели корабля, выя­вили серьезные дефекты в его конструкции. Но заявление ученого, обоснованное опытом с «игрушечной моделью», не было принято во внимание английским Адмиралтей­ством. В результате при выходе в море «Кэптэн» перевер­нулся, что повлекло за собой гибель более 500 моряков.

В настоящее время физическое моделирование широко используется для разработки и экспериментального изуче­ния различных сооружений (плотин электростанций, оро­сительных систем и т. п.), машин (аэродинамические каче­ства самолетов, например, исследуются на их моделях, обдуваемых воздушным потоком в аэродинамической тру­бе), для лучшего понимания каких-то природных явлений, для изучения эффективных и безопасных способов ведения горных работ и т. д.

3. Символическое (знаковое) моделирование. Оно связа­но с условно-знаковым представлением каких-то свойств, отношений объекта-оригинала. К символическим (знако­вым) моделям относятся разнообразные топологические и графовые представления (в виде графиков, номограмм, схем и т. п.) исследуемых объектов или, например, модели, представленные в виде химической символики и отражаю­щие состояние или соотношение элементов во время хими­ческих реакций.

Особой и очень важной разновидностью символическо­го (знакового) моделирования является математическое мо­делирование. Символический язык математики позволяет выражать свойства, стороны, отношения объектов и явле­ний самой различной природы. Взаимосвязи между различ­ными величинами, описывающими функционирование та­кого объекта или явления, могут быть представлены соот­ветствующими уравнениями (дифференциальными, интег­ральными, интегро-дифференциальными алгебраическими) и их системами. Получившаяся система уравнений вместе с известными данными, необходимыми для ее решения (на­чальные условия, граничные условия, значения коэффи­циентов уравнений и т. п.), называется математической моделью явления.

Математическое моделирование макет применяться в особом сочетании с физическим моделированием. Такое сочетание, именуемое вещественно-математическим (или предметно-математическим) моделированием, позволяет исследовать какие-то процессы в объекте-оригинале, заме­няя их изучением процессов совсем иной природы (проте­кающих в модели), которые, однако, описываются теми же математическими соотношениями, что и исходные процессы. Так, механические колебания могут моделиро­ваться электрическими колебаниями на основе полной иден­тичности описывающих их дифференциальных уравнений.

В настоящее время вещественно-математическое моде­лирование нередко реализуемся с помощью электронных ана­логовых устройств, которые позволяют создавать математи­ческую аналогию между процессами, протекающими в объек­те-оригинале и в специально организованной электронной схеме. Последняя и обеспечивает получение новой инфор­мации о процессах в исследуемом объекте.

4. Численное моделирование на электронных вычислитель­ных машинах (ЭВМ). Эта разновидность моделирования ос­новывается на ранее созданной математической модели изу­чаемого объекта или явлений и применяется в случаях боль­ших объемов вычислений, необходимых для исследования данной модели. При этом д/я решения содержащихся в ней систем уравнений с помощью ЭВМ необходимо предвари­тельное составление программы (совокупности предписаний для вычислительной машины). Эта программа выполняет­ся затем электронной вычислительной машиной в виде по­следовательности элементарных математических и логичес­ких операций. В данном случае ЭВМ вместе с введенной в нее программой представляет собой материальную систему, реализующую численное моделирование исследуемого объек­та или явления.

Численное моделирование особенно важно там, где не совсем ясна физическая картина изучаемого явления, не по­знан внутренний механизм взаимодействия. Путем расчетов на ЭВМ различных вариантов ведется накопление фактов, что дает возможность в конечном счете произвести отбор наи­более реальных и вероятных ситуаций. Активное использо­вание методов численного моделирования позволяет резко сократить сроки научных и конструкторских разработок.

Метод моделирования непрерывно развивается: на сме­ну одним типам моделей по мере прогресса науки приходят другие. В то же время неизменным остается одно: важ­ность, актуальность, а иногда и незаменимость моделиро­вания как метода научного познания.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, были рассмотрены основные методы эмпирического и теоретического уровня научного познания. Эмпирическое познание включает в себя проведение наблюдений и экспериментов. Познание начинается с наблюдения. Для подтверждения гипотезы или для исследования свойств предмета учёный ставит его в определённые условия – проводит эксперимент. В блок процедур эксперимента и наблюдения входят описание, измерение, сравнение. На уровне теоретического познания широко применяется абстрагирование, идеализация, формализация. Большое значение имеет моделирование, а с развитием вычислительной техники – численное моделирование, поскольку сложность и стоимость проведения эксперимента возрастают.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Найдыш В.М. Концепции современного естествознания: Учебник. — Изд. 2-е, перераб. и доп. – М.: Альфа-М; ИНФРА-М, 2004. — 622 с. (в пер.)

2. Горелов А.А. «Концепции современного естествознания» – М.: Центр, 2003.

3. Концепции современного естествознания. / Под ред.проф.В.Н.Лавриненко, В.П.Ратникова. – М.: ЮНИТА-ДАНА, 1999. С.68.

4. Столяренко Л.Д., Столяренко В.Е. Турчина Н.Ю. Концепции современного естествознания. Ростов н/Д: «Феникс», 1997. - 448 с.

5. Потеев М. И. Концепции современного естествознания — СПб.:, Издательство «Питер», 1999. — 352 с.

6. http://nrc.edu.ru/est/sod.html Концепция современного естестознания

нова В.Э. –М.: ИНФРА-М, 1998

рабочая программа

По дисциплине «Методы и средства научных исследований»

Форма обучения	курс	семестр	Трудоемкость дисциплины в часах	Форма итог. контроля
Всего часов	Аудиторных часов	Лекции	практические занятия	Лаб. занятия	Курс. работа	Курс. проект	Самост. работа
Заочная											экзамен

1. Цели и задачи дисциплины, требования к знаниям и умениям

Дата добавления: 2015-05-31