Реферат по дисциплине
«История и философия науки»
Метод моделирования в химии
Москва
2009 г.
Содержание
Введение
Философские аспекты моделирования как метода познания окружающего мира
Гносеологическая специфика модели
Классификация моделей и виды моделирования
Этапы моделирования
Моделирование в химии
Моделирование молекул, химических процессов и реакций
Теоретическое моделирование
Заключение
Список литературы
Введение
Моделирование (лат. modus – мера, образ, способ) издавна применялось в научном познании. Например, возникновение представлений Демокрита и Эпикура об атомах, их форме, и способах соединения, об атомных вихрях и ливнях, объяснения физических свойств различных веществ с помощью представления о круглых и гладких или крючковатых частицах, сцеп ленных между собой. Эти представления являются прообразами современных моделей, отражающих ядерно-электронное строение атома. В науке Нового времени первоначально применялись различные механические модели. Постепенно метод моделирования стал приобретать все большее распространение, проникая во все отрасли научного знания. XX век принес методу моделирования новые успехи, связанные с расцветом кибернетики.
Моделирование на современном этапе приобрело значение общенаучного метода. Его особенностью является то, что для изучения объекта используется опосредующее звено – объект-заместитель. Исходный объект исследования при моделировании называется оригиналом, объект-заместитель – моделью.
По мнению большинства выдающихся химиков, в том числе лауреата нобелевской премии Г. Сиборга, теоретическое моделирование является основным методом познания в химии. Сущность химических явлений скрыта от непосредственного наблюдения исследователя, поэтому познание осуществляют путем построения модели невидимого объекта по косвенным данным.
В данной работе рассматриваются гносеологические аспекты моделирования, классификация моделей и место моделирования в химической науке.
Философские аспекты моделирования как метода познания окружающего мира
Гносеологическая специфика модели
В настоящее время можно найти множество различных определений понятий «модель» и «моделирование». Рассмотрим некоторые из них.
«Под моделью понимают отображение фактов, вещей и отношений определенной области знаний в виде более простой, более наглядной материальной структуры этой или другой области». Такое определение модели приводит Г. Клаус [6, с.262].
Ещё одно определение «модели» приведено в учебнике [7, с. 482]: «Модель … представляет собой аналог того или иного фрагмента действительности (вещного или мыслительного) – оригинала модели».
В западной философии эталонным является определение, которое дает В.А. Штофф в своей книге «Моделирование и философия»: «Под моделью понимается такая мысленно представляемая или материально реализуемая система, которая, отображая или воспроизводя объект исследования, способна замещать его так, что ее изучение дает нам новую информацию об этом объекте» [9, с. 19].
По мнению В.В. Давыдова, несмотря на то, что в понимании модели существует широкий «разброс» - от моделирующей установки до теории познания вообще, во всех случаях употребления понятия «модель» можно выделить следующие общие моменты: 1) модель представляет собой средство научного познания; 2) модель всегда выступает как такой представитель оригинала, заместитель прототипа, который в каком-либо отношении более удобен для изучения, и можно перенести полученные при этом знания на исходный объект; 3) как модели, так и прототипы являются системой, характеризующейся существенными структурными свойствами и определенными отношениями; 4) модели охватывают только те свойства прототипа, которые существенны в данной ситуации и которые являются объектом исследования; 5) модели однозначно соответствуют оригиналу [5, с. 140].
По нашему мнению, определение, данное В.А. Штоффом [9, с.19], наиболее полно отражает сущность метода моделирования. Суть этого метода заключается в:
▪ наличии объекта-посредника;
▪ существенном сходстве объекта-посредника и оригинала;
▪ возможности эвристически плодотворного изучения объекта-посредника.
Модели не простые заместители объектов. Модели и связанные с ними представления являются продуктами сложной познавательной деятельности, включающей, прежде всего, мыслительную переработку исходного чувственного материала, его «очищение» от случайного и т.д. Модели выступают как продукты и как средство осуществления этой деятельности.
Важнейшей особенностью модели является ее сходство с оригиналом. Это соответствие модели и оригинала может быть пространственным или физическим, структурным или функциональным. Именно оно позволяет переносить данные, полученные при изучении модели, на оригинал, осуществляя таким образом «обратную связь». Другой основной принцип моделей – наглядность. Он позволяет мысленно воссоздать образ моделируемого объекта и его свойства [8].
Объект-оригинал может быть воспроизведен с помощью разных моделей. Достоинства той или иной модели в полной мере зависят от конкретной цели исследования, от принятого концептуального ракурса.
Классификация моделей и виды моделирования
Единая классификация видов моделирования затруднительна в силу уже показанной многозначности понятия «модель» в науке и технике. Её можно проводить по различным основаниям:
· по характеру моделей (т. е. по средствам моделирования);
· по характеру моделируемых объектов;
· по сферам приложения моделирования (моделирование в технике, в физических науках, в химии, моделирование процессов живого, моделирование психики и т. п.)
· по уровням («глубине») моделирования, начиная, например, с выделения в физике моделирования на микроуровне (моделирование на уровнях исследования, касающихся элементарных частиц, атомов, молекул).
В связи с этим любая классификация методов моделирования обречена на неполноту, тем более, что терминология в этой области опирается не столько на «строгие» правила, сколько на языковые, научные и практические традиции, а ещё чаще определяется в рамках конкретного контекста и вне его никакого стандартного значения не имеет.
Наиболее известной является классификация по характеру моделей. Согласно ей различают следующие пять видов моделирования [3]:
1. Предметное моделирование, при котором модель воспроизводит геометрические, физические, динамические или функциональные характеристики объекта. Например, модель моста, плотины, модель крыла самолета и т.д.
2. Аналоговое моделирование, при котором модель и оригинал описываются единым математическим соотношением. Примером могут служить электрические модели, используемые для изучения механических, гидродинамических и акустических явлений.
3. Знаковое моделирование, при котором в роли моделей выступают схемы, чертежи, формулы. Роль знаковых моделей особенно возросла с расширением масштабов применения ЭВМ при построении знаковых моделей.
4. Со знаковым тесно связано мысленное моделирование, при котором модели приобретают мысленно наглядный характер. Примером может в данном случае служить модель атома, предложенная в свое время Бором.
5. Наконец, особым видом моделирования является включение в эксперимент не самого объекта, а его модели, в силу чего последний приобретает характер модельного эксперимента. Этот вид моделирования свидетельствует о том, что нет жесткой грани между методами эмпирического и теоретического познания.
Предметным называется моделирование, в ходе которого исследование ведётся на модели, воспроизводящей основные геометрические, физические, динамические и функциональные характеристики «оригинала». На таких моделях изучаются процессы, происходящие в оригинале — объекте исследования или разработки (изучение на моделях свойств строительных конструкций, различных механизмов, транспортных средств и т. п.). Если модель и моделируемый объект имеют одну и ту же физическую природу, то говорят о физическом моделировании.
Явление (система, процесс) может исследоваться и путём опытного изучения какого-либо явления иной физической природы, но такого, что оно описывается теми же математическими соотношениями, что и моделируемое явление. Например, механические и электрические колебания описываются одними и теми же дифференциальными уравнениями; поэтому с помощью механических колебаний можно моделировать электрические и наоборот. Такое «предметно-математическое» (аналоговое) моделирование широко применяется для замены изучения одних явлений изучением других явлений, более удобных для лабораторного исследования, в частности потому, что они допускают измерение неизвестных величин. Так, электрическое моделирование позволяет изучать на электрических моделях механические, гидродинамические, акустические и другие явления. Электрическое моделирование лежит в основе аналоговых вычислительных машин (сейчас, правда, практически не использующихся)
При знаковом моделировании моделями служат знаковые образования какого-либо вида: схемы, графики, чертежи, формулы, графы, слова и предложения в некотором алфавите (естественного или искусственного языка)
Важнейшим видом знакового моделирования является математическое (логико-математическое) моделирование, осуществляемое средствами языка математики и логики. Знаковые образования и их элементы всегда рассматриваются вместе с определенными преобразованиями, операциями над ними, которые выполняет человек или машина (преобразования математических, логических, химических формул, преобразования состояний элементов цифровой машины, соответствующих знакам машинного языка, и др.). Современная форма «материальной реализации» знакового (прежде всего, математического) моделирования - это моделировании на цифровых электронных вычислительных машинах, универсальных и специализированных. Такие машины - это своего рода «чистые бланки», на которых в принципе можно зафиксировать описание любого процесса (явления) в виде его программы, т. е. закодированной на машинном языке системы правил, следуя которым машина может «воспроизвести» ход моделируемого процесса.