پاورپوینت جنبه هاي گوناگون مدل از ديدگاههاي مختلف (pptx) 10 اسلاید
دسته بندی : پاورپوینت
نوع فایل : PowerPoint (.pptx) ( قابل ویرایش و آماده پرینت )
تعداد اسلاید: 10 اسلاید
قسمتی از متن PowerPoint (.pptx) :
بنام خدا
1
2
جنبه هاي گوناگون مدل از ديدگاههاي مختلف
مقدمه
مدل پديده اي است که عالم در راستاي نزديک شدن به واقعيت در مسير يا جريان رسيدن به يک نتيجه علمي دست به ساختن يا ارائه آن مي زند. همانگونه که در بحث جريان روش علمي ديديم, اگر عالم بتواند به گونه اي اعتبار مدل را از طريق آزمايش (به معني عام آن) با روشي علمي اثبات کند, مدل او وارد زيرمجموعه اي از دانش بشري موسوم به علم مي گردد.
مدل در زمينه اي که ارائه مي شود بايد قادر به تجزيه و تحليل يا بهتر بگويم توجيه حوادث گذشته و در صورت نياز پيش بيني و توجيه رويدادهاي آينده باشد. هر چه توان توجيهي مدل بيشتر باشد, استحکام و اعتبار آن نيز بيشتر است. پس مدل خود واقعيت نيست بلکه ساختاري براي نزديک شدن به واقعيت و پاسخ چراهايي است که در پيرامون واقعيت يا در ارتباط با آن مطرح مي شود. باز هم لازم است تأکيد شود آنچه در اينجا مطرح مي شود کاملاً نسبي است و تا حد زيادي از نگرش شخصي نگارنده تأثير پذيرفته است.
3
انواع نگرشهاي گوناگون براي تقسيم بندي مدلها
نگرش توصيفي تشريحي
مدل هاي استاتيک (static) و ديناميک (Dynamic)
ميزان قطعيت مدل ها (نوع ديگري از نگرش ها براي تقسيم بندي مدلها)
تقسيم بندي شکلي مدلها يا مدلهايي که به نوعي شبيه واقعيت هستند:
مدلهاي رياضي :
4
1) نگرش توصيفي تشريحي
1-1) مدلهاي تشريحي (Descriptive) : انواعي از مدل که به صورت کلامي يا توصيفي سعي در نمايش پديده اي دارند (مثل آناتومي صرفاً توصيفي بدن انسان مثلاً قلب يا توصيف کلامي زلزله). مدل هاي کلامي توصيفي تشريحي, از اولين نمونه هاي مدل سازي علمي هستند که بشر مورد استفاده قرار داد. مهمترين ضعف مدل هاي تشريحي, ناتواني آنها در پيش بيني هستند, يعني قابليت پيش بيني اصولاً جزو هدفهاي اين گونه مدل ها نيست.
2-1) مدل هاي توصيفي با قابليت توام توجيه و پيش بيني (Prescriptive) : هدف عالم از تبيين اين مدل ها هم توجيه و هم پيش بيني است. مثل توصيف قانون جاذبه عمومي يا اصل کنش و واکنش در نيروها يا بيان مضرات سيگار براي انسان
5
(2 مدل هاي استاتيک (static) و ديناميک (Dynamic)
1-2) مدل هاي استاتيک : با بياني کلامي يا با استفاده از نمادهاي رياضي پديده ها را توصيف مي کنند. مثلاً اگر در سيمي با مقاومت R , شدت جريان I را عبور دهيم اختلاف پتانسيلي به اندازه حاصلضرب مقاومت در شدت جريان ايجاد مي شود ( I * R = V). در مدل هاي استاتيک عامل زمان معمولاً مورد نظر نيست. مثلاً حجم مکعبي با ضلع a برابر است با a3.
2-2) مدل هاي ديناميک : دراين مدل ها عامل زمان هم مطرح مي شود. مثلاً سرعت لحظه اي متحرکي در يک حرکت مستقيم الخط برابر است با مشتق فاصله نسبت به زمان يعني يا . اين مدل در سقوط آزاد متحرک (نقطه مادي) به صورت مي شود, اگر فقط نيروي جاذبه را در نظر بگيريم (از ساير نيروهاي ممکن مثل مقاومت صرفنظر کنيم), g دراينجا همان جاذبه زمين است (مثلاً 81/9). از مسايل مهمي که در مدل هاي ديناميکي که در رابطه با نيرو و حرکت مطرح مي شوند, مقوله تعادل است که به دو صورت "تعادل پايدار" (Stable equilibrium) و "تعادل ناپايدار" است. تعادل از مسايل بسيار مهم و قابل بحث در علم و فلسفه است. طرح آن هميشه به صورت نسبي است و بين دو نوع تعادلي که مطرح شد, گاهي طيفي از انواع ديگر تعادل مطرح مي شود. مثلاً اين که گرايش پديده هاي هستي به صورت تعادل گرايي يا برعکس است بحثي است که در بسياري موارد طرح مي شود (من براي پرسش ساده اي مثل "تعادل چيست؟" پاسخ جامعي ندارم به نظرم بستگي به حوزه و شرايط دارد).
6
3)ميزان قطعيت مدل ها (نوع ديگري از نگرش ها براي تقسيم بندي مدلها(
) 1-3) مدلهاي معين يا قطعي (Deterministic) : مدلهايي که در آنها پارامتر معين هستند. به عنوان مثال در پژوهش هاي عملياتي با مدلهاي برنامه ريزي خطي آشنا شديد که در آنها ضرايب متغير يا معين هستند.
2-3) مدلهاي نامعين, غيرقطعي يا احتمالي (Stochastic) : مثلاً در نظر گرفتن احتمال ½ براي رو شدن شير يا خط در پرتاب سکه. بين دو واژه ظاهراً معادل Stochastic و Probabilistic يک تفاوت مي تواند وجود اشته باشد. مقوله وابستگي به زمان در مدلهاي Stochastic وجود دارد در حالي که مدلهاي احتمالي Probabilistic ضرورتاً وابسته به زمان نيستند. نکته ديگر خود احتمال است. در اين بحث گاهي احتمال به صورت احتمال تجربي Empirical Probability يا Objective Probability طرح مي شود که در آن احتمال موفقيت برابر است با نسبت تعداد موفقيت ها به تعداد آزمايشها. وقتي تعداد آزمايشها به سمت بينهايت (خيلي زياد) ميل کند يا در اين مدل احتمال تجربي موفقيت است, m تعداد موفقيتها و n تعداد آزمايشها. نوع ديگر احتمال, "احتمال ذهني" (Subjective or Mental Probability) است. مثلاً حدس مي زنيم که احتمال موفقيت يک نامزد انتخابي در انتخابات 70 درصد باشد. مبناي تخصيص احتمال ذهني معمولاً آزمايش نيست (نمي تواند باشد يا بسيار دشوار است که آزمايش هاي به اندازه کافي زياد را به عمل آورد). مبناي احتمال ذهني معمولاً اطلاعات گذشته و استنباط شخصي است.
7
4) تقسيم بندي شکلي مدلها يا مدلهايي که به نوعي شبيه واقعيت هستند:
1-4) مدلها (Iconic) (ظاهراً مانندي) : مثل ماکت يک ساختمان, پل يا سد, مدلهاي(Iconic) ظاهري مانند پديده اصلي دارند ولي معمولاً رفتار آنها شبيه پديده اصلي نيست.
2-4) مدلهاي Analog (مانندي يا قياسي) : اين مدلها ممکن است در ظاهر هيچ شباهتي به پديده اصلي نداشته باشند ولي انتظار مي رود رفتار آنها از جنبه هايي به پديده اصلي نزديک باشد. مثل کرونومتر گاليله يا ساختن مدارهاي الکتريکي براي بررسي پديده ها مثلاً ماشين ضرب يا مدارهاي الکتريکي براي حل معادلات ديفرانسيل يا دستگاه الکتروکارديوگرام قلب يا انسفالوگرام مغز. از ويژگي هاي مهم مدلهاي آنالوگ مي توان به وجود نوعي پيوستگي, استفاده از قوانين علمي و اندازه گيري اشاره کرد.
3-4) مدلهاي عددي Digital : عناصر پديده ها را به جاي اندازه گيري شمارش مي کنند. مثل چرتکه يا يک ماشين جمع ساده, اسکناس شمار و . . . .
4-4) مدلهاي "دورگه" (Hybrid) : تلفيقي از مدلهاي عددي و قياسي هستند. مثل کنتور آب منزل يا ترازوهاي ديجيتال, مودم ها (MODEMS) که ورودي پيوسته را مي گيرند و آن را به خروجي گسسته مثلاً پالس هاي صفر و يک براي ورود به کامپيوترهاي Digital آماده مي کنند و برعکس.
5-4) مدل هاي نمادي (Symbolic) : مثل کتابت (استفاده از حروف الفبا براي نوشتن اصوات) يا نت هاي موسيقي يا مثلاً فرمول H2O براي آب يا نمايش آن به صورت H-O-H.
شبيه سازي : منظور از شبيه سازي Simulation دادن ورودي هاي مختلف از جمله شرايط است به مدل براي استنتاج يک نتيجه. امروزه کامپيوترها به عنوان مهمترين ابزار شبيه سازي شناخته مي شوند. به عنوان نمونه مدلهاي صف, مدلهايي براي تکرار تجريدي ازمايشها (قضيه اوربسکي), آموزش رانندگي و خلباني (در واقع ايجاد شرايطي مشابه واقع براي انجام آزمايش
8
5)مدلهاي رياضي
1-5) مدلهاي انتزاعي رياضي : مدلهايي که رياضي دانان با استفاده از ساختار رياضي (اصول, تعاريف, قضايا) براي بيان پديده اي ارائه مي دهد. مثلاً قضاياي تساوي مثلثها يا قضاياي تشابه مثلثها.
2-5) مدلهاي رياضي تجربي : عالم به کمک تجربه پديده اي را با يک رابطه رياضي بيان مي کند. مثل مدل يا قانون بويل ماريوت pv = c (حاصلضرب فشار در حجم برابر است با مقداري ثابت). (مدل حرکت طي شده در طول زمان). X0 نقطه آغازين و a شتاب متحرک است. در اينجا بد نيست کمي راجع به يکي از اين قوانين مثلاً بويل و ماريوت و شيوه استنتاج آن تفحص کنيم.
9
شرح آزمايش:
يک تلمبه بادي (مثلاً تلمبه دوچرخه) را به يک فشارسنج وصل مي کنيم. هرچه دسته تلمبه را فشار دهيم با کاهش حجم درون سيلندر تلمبه, فشارسنج ميزان بيشتري از فشار را نشان مي دهد. يعني با "کاهش حجم گاز فشار افزايش مي يابد." (بيان کيفي يا توصيفي قانون بويل ماريوت) يا به بياني ديگر هر چه فشار وارد بر يک گاز را بيفزاييم حجم آن کاهش مي يابد. در اينجا دو سؤال مطرح مي شود آيا چنين بياني (قانوني) در همه شرايط صادق است؟ در صورت مثبت بودن پاسخ, چرا؟
بويل پس از اين مرحله مقدماتي با مهيا کردن ابزار لازم, ابتدا يک نوع گاز شناخته شده مثلاً اکسيژن را انتخاب مي کند و دست به آزمايش مي طند (در شرايط کنترل شده مثلاً دماي ثابت). شايد نتايج آزمايشات ابتدايي او را بتوان در جدول زير خلاصه کرد: (مقدار اکسيژن يک مولکول گرم يا 32 گرم O2)
18/06/04/02/01/0P فشار بر حسب اتمسفر4/227/277/3560109224V حجم بر حسب ليتر
علاوه بر اينکه بيان توصيفي فرضيه بويل در اينجا محک زده مي شود به نظر مي رسد که حاصلضرب فشار در حجم مقداري است ثابت. علاوه بر اين به نظر مي رسد که اين مقدار ثابت 4/22 باشد. يعني بويل با تکرار اين آزمايش در فشار نزديک به يک اتمسفر مشاهده کرد که : (يک جدول ديگر با اعداد بسيار نزديک به هم براي گاز اکسيژن)
6/0 + 4/22 = (p فشار بر حسب اتمسفر) * (v حجم يک مولکول گرم يا 32 گرم اکسيژن)
1 8/0 4/0 2/0 1/0
آيا مدلي که استنتاج شده هميشه شمول يا همه جا شمول است. به دست آوردن محدوده شمول يک مدل نيز از مراحل مهم است. آيا قانون 4/22 = pv در همه دماها براي همه گازها در تمام حجم ها و فشارها مصداق دارد؟
بويل با ادامه آزمايش ها به پاسخ نرسيد. خود او مي دانست که ما قوانين طبيعت را کشف مي کنيم ولي قانونگزار طبيعت نيستيم.
در اين مورد فرض کنيد از 32 گرم گاز آمونياک استفاده مي کنيم. جدول زير حاصل چند آزمايش روي اين مقدار آمونياک را نشان مي دهد.
15/01/0P فشار بر حسب اتمسفر1/422/841/42V حجم بر حسب ليتر1/421/421/42P.V
ملاحظه کنيد باز هم PV مقداري است ثابت. ولي اگر بخواهيم باز هم 4/22 را به دست آوريم, به نظر مي رسد بايد به جاي 32 گرم گاز آمونياک (با حجم 1/42 ليتر در فشار يک اتمسفر) از 17 گرم گاز آمونياک (يک مولکول گرم با حجم تقريباً 05/21) استفاده کنيم.
پس رابطه 6/0 + 4/22 = PV براي يک مولکول گرم گاز صادق است. اگر درجه حرارت را به 20 برسانيم با تکرار در آزمايش 7/0 + 1/24 = PV مي رسيم. اگر فشار را تا 8/9 اتمسفر افزايش دهيم آمونياک مايع مي شود و ديگر گاز نيست. قانون K 4/22 = PV (K تعداد مولکول ها) در فشارهاي بالا به کلي از اعتبار ساقط مي شود.
چراجويي : اما چرا؟ علت وجود چنين نظامي در محدوده خاصي از دما, فشار و حجم براي تقريباً تمامي گازها چيست؟ چراجويي از مراحل مهم روشهاي علمي است. دليل قانون بويل ماريوت (افزايش فشار هنگام کاهش حجم در نيروي کشش بين مولکولي نهفته است. وقتي حجم کاهش مي يابد اين نيرو افزايش مي يابد و باعث افزايش فشار مي شود و برعکس). چراها گاهي در مرحله آزمايش و گاهي حتي پيش از آن با استفاده از قوانين قبلي معين مي شود.
مي گويند "علما کتاب طبيعت را مي خوانند". اين جمله اگر درست باشد خواندن بايستي دقيق و باحوصله صورت گيرد و به قول معروف مو به مو. عالم مانند خوانندگان بي حوصله نمي تواند به پايان کتاب مراجعه کند تا سرنوشت را بفهمد. او لااقل در حيطه کار خويش بايد جستجوگري دقيق, با حوصله و نظام يابنده باشد و براي ساختن يا يافتن مدلهاي جديد, البته ذهنيتي خلاق هم لازم است.
در مثال قانون بويل و ماريوت که با اختصار بسيار فقط محدوده اي از آن بيان شد. باز هم عدم قابليت يا نسبي بودن مدلهاي علمي و حيطه محدود آن قابل لمس است.
در تاريخ علم چه بسا مدلهايي با دامنه شمول وسيعتر جايگزين مدلهاي قبلي شده اند. مقولات نسبي بودن و محدوديت دامنه شمول و در عرصه علوم انساني بيش از علوم تجربي به چشم مي خورند. در اينجا فقط براي کوتاه کردن مطلب از مثالي در علوم تجربي استفاده شد.