<<
>>

Место моделей в структуре эксперимента. Модельный эксперимент

Может показаться, что всякий корректно поставленный эксперимент предполагает использование действующей модели.

В самом деле, поскольку в экспериментальной установке исследуется явление в чистом виде и полученные результаты характеризуют не только данное единичное явление в данном единичном опыте, но и другие явления этого класса, на которые переносятся каким-то способом результаты опыта, постольку данное явление можно считать в известном смысле моделью других явлений этого же класса. Однако это не так, ибо отношение между явлением, которое изучается в данном единичном эксперименте, и другими явлениями этой же области есть отношение тождества, а не аналогии, между тем как именно последняя существенна для модельного отношения.

Поэтому следует выделить особую форму эксперимента, для которой характерно использование действующих материальных моделей в качестве специальных средств экспериментального исследования. Такая форма эксперимента называется модельным экспериментом, или моделированием.

Существенным отличием модельного эксперимента от обычного является его своеобразная структура. Отличительная особенность структуры модельного эксперимента заключается не в его субъективной стороне, а в объективной, в характере средств исследования и их отношении к объекту исследования. В то время как в обычном эксперименте средства экспериментального исследования так или иначе непосредственно взаимодействуют с объектом исследования, в модельном эксперименте взаимодействия нет, так как здесь экспериментируют не с самим объектом, а с его заместителем. При этом примечательным является то, что объект-заместитель и экспериментальная установка объединяются, сливаются в действующей модели в одно целое. «Моделирование, — пишет академик JI. И. Седов, — это есть замена изучения интересующего нас явления в натуре изучением аналогичного явления на модели меньшего или большего масштаба, обычно в специальных лабораторных условиях. Основной смысл моделирования заключается в том, чтобы по результатам опытов с моделями можно было дать необходимые ответы о характере эффектов и о различных величинах, связанных с явлением в натурных условиях».167

Рассмотрим в этой связи более подробно структуру модельного эксперимента на конкретном примере. Возьмем для этого модель движения газов в паровом котле, описанную в работе М. В. Кирпичева и М. А. Михеева.168 Такая модель строится и изучается следующим образом. Промышленные испытания котла- объекта дают некоторые данные и параметры, представленные в виде характеристических величин. При помощи соответствующих теоретических средств (логические правила, математические средства, правила и критерии теории подобия) производится расчет модели, который позволяет решить вопрос об оптимальных условиях конструкции модели (ее размеры, физическая природа моделирующих элементов, выбор материалов, способы и цели ее последующего исследования). Таким образом, первым этапом являются теоретический расчет модели и теоретические соображения о задачах, целях и способах последующего экспериментирования с ней. Этот этап целиком укладывается в субъективную сторону эксперимента, к которой также относится и последующая деятельность экспериментатора по созданию модели, хотя, конечно, этим его деятельность не исчерпывается. Последняя, далее, будет заключаться в наблюдении, измерении, изменении условий, повторении условий работы самой модели.

Например, изучение модели котла состоит в следующем. Не ограничиваясь простым наблюдением, которого явно недостаточно, производят фотографирование, пользуясь специальным освещением (при помощи сильных источников света и рассеивающих экранов), создают штриховые рисунки, «которые, хотя носят отпечаток субъективности, все же отличаются большой простотой и наглядностью».169 Для улучшения условий наблюдения за движением жидкости по трубкам пользуются различными способами ее подкрашивания. Затем, производятся измерения давления или скорости движения воды или газов, расхода жидкости, температуры, количества тепла и т. п.

Таким образом, на новом этапе эксперимента, когда модель построена, субъективная деятельность экспериментатора продолжается, но к ней присоединяются новые моменты, относящиеся к объективной стороне эксперимента: сама модель (т. е. некоторая экспериментальная установка) и технические средства (лампы, экраны, фотоаппараты, химические вещества, термометры, калориметры и другие измерительные приборы), при помощи которых осуществляются наблюдения и измерения. Все эти средства, которыми пользуются при изучении модели, представляют собой материальные средства, характеризующие объективную сторону всякого эксперимента. Но здесь, помимо них, к объективной стороне относится сама модель, в нашем случае — модель парового котла.

Законно поставить вопроо^ково же место модели в эксперименте? Ясно, что она представляет собой часть гносеологического объекта, как и средства экспериментального исследования, но входит ли она целиком в состав последних или же является чем-то отличным от них?

С одной стороны, очевидно, что модель построена не как самоцель, а как средство изучения какого-то другого объекта, который она замещает, с которым она находится в определенных отношениях сходства или соответствия. Исследователя интересуют свойства модели не сами по себе, а лишь постольку, поскольку их изучение позволяет судить о свойствах другого предмета, получать о нем некоторую информацию.* Этот предмет и выступает как подлинный объект изучения, а по отношению к нему модель является лишь средством экспериментального исследования. С другой стороны, в данном эксперименте она является предметом изучения. Изучается режим ее работы в определенных условиях, над ней не только ведутся визуальные наблюдения, но производятся измерения ее параметров при помощи специальных приборов. Она подвергается определенным; причинным воздействиям, и экспериментатор регистрирует реакцию данной системы на эти планомерные воздействия и т. п. Словом, в данном эксперименте изучается модель как некий объект исследования, и в этом отношении она является объектом изучения.

Таким образом, обнаруживается двоякая роль, которую мо- "1/ дель выполняет в эксперименте: она одновременно является и р объектом изучения (поскольку она замещает другой, подлинный f объект), и экспериментальным средством (поскольку она яв- \ ляется средством познания этого объекта). )

Вследствие двоякой роли модели структура эксперимента существенно изменяется, усложняется. Если в обычном, или натурном, эксперименте объект исследования и прибор находились в непосредственном взаимодействии, так как экспериментатор с помощью прибора воздействовал прямо на изучаемый объект, то в модельном эксперименте внимание экспериментатор

7 В. А. Штофф

точено на исследовании модели, которая теперь подвергается всевозможным воздействиям и исследуется с помощью приборов. Подлинный же объект изучения непосредственно в самом эксперименте не участвует.

Схематично изменение структуры эксперимента при переходе к моделированию можно представить следующим образом: I э > ЭС < > О <

О Здесь I —? натурный эксперимент; II — модельный эксперимент; Э — экспериментатор; ЭС—средства эксперимента исследования; О — изучаемый объект; Пр — приборы; МО — модель объекта изучения. Оплошной стрелкой обозначается непосредственное воздействие, прерывистой — отношение модели к объекту (оригиналу).

Для модельного эксперимента характерны следующие основные операции: 1) переход от натурного объекта к модели —построение модели (моделирование в собственном смысле слова); 2) экспериментальное исследование модели; 3) переход от модели к натурному объекту, состоящий в перенесении результатов, У .полученных при исследовании, на этот объект. * ^?Ь^одель входит в эксперимент, не только замещая объект Ткссл^^ и условия, в которых

изучается некоторый объект, обычного эксперимента.

А. И. Китов и Н. А. Криницкий следующим образом описывают новый метод моделирования путем сочетания реального образца аппаратуры управления объектом с интегрирующей машиной: «Интегрирующая машина заменяет управляемый объект. Она решает уравнения движения объекта и подает в аппаратуру управления электрические сигналы, характеризующие движение объекта: скорость, ускорение, характеристики колебательного движения и т. д. Таким образом, аппаратура управления получает от интегрирующей машины те же сигналы, какие она получала бы от измерительных элементов, определяющих положение объекта во время реального движения. Таким образом, в лабораторной обстановке создаются условия для экспериментальной проверки и отработки любой аппаратуры управления движущимися объектами. Этот метод имеет большое значение, в частности при отработке систем управления реактивных снарядов, самолетных автопилотов и других объектов».170

В описанных экспериментах объектом исследования является сама аппаратура управления, а то, что здесь называется объектом, во взаимодействии с которым изучается работа аппаратуры, представляет собой, с точки зрения структуры эксперимента, условия, в которые ставится объект изучения. Таким образом, модель (в данном примере интегратор) замещает условия, в которых проводится обычный эксперимент. Указанный метод является примером сочетания обычного эксперимента с модельным и схематически может быть представлен следующим образом:

Здесь У — условия; МУ — модель условий; остальные обозначения те же, что на предыдущей схеме.

7*

99

Хотя здесь моделируется не объект изучения, а условия, в которых этот объект изучается, осуществляются те же операции и возникают аналогичные проблемы. Этими операциями являются: 1) построение модели условий, т. е. переход от некоторых реальных условий (натуры) к их заместителю; 2) экспериментальное изучение взаимодействий объекта изучения с моделируемыми условиями; 3) переход к естественным условиям, состоящий в перенесении результатов изучения объекта во взаимодействии с моделью условий на случай, когда объект взаимодействует с реальными условиями. Отсюда видно, что при таком комбинированном «натурно-модельном» эксперименте, поскольку в нем употребляется модель, возникают такие же вопросы, а именно: об основании для замещения натурных условий моделью и экстраполяции результатов эксперимента на натурные условия. Ответы на эти фундаментальные вопросы теории и практики моделирования потребовали специальных исследований, в результате которых выяснилось, что решение вопросов об основаниях моделирования различается в зависимости от особенностей разных групп материальных моделей.

Независимо от окончательного вывода о познавательных возможностях модельных экспериментов следует сразу же обратить внимание па то, что в структуре этих экспериментов значительно усилена роль теоретической стороны исследования. Теория становится необходимым звеном, связывающим постановку опыта и его результаты с объектом исследования. Если обычный эксперимент предполагает наличие теоретического момента в начальной стадии опыта — выдвижение гипотезы, ее оценку, выведение следствий, теоретические соображения, связанные с конструкцией экспериментальной установки, а также на завершающей стадии — обсуждение и интерпретацию полученных данных, их обобщение, то в модельном эксперименте, кроме того, необходимо теоретически обосновать отношение подобия между моделью и натурным объектом и возможность экстраполировать на этот объект полученные данные. Без этого обоснования модельный эксперимент теряет свое специфическое познавательное значение, ибо он перестает быть источником информации о действительном, или натурном, объекте. Таким образом, в модельном эксперименте теоретическая сторона представлена значительно сильнее, чем в обычном, он в еще большей степени является соединением теории и практики.

Хотя модельный эксперимент расширяет возможности экспериментального исследования ряда объектов, в отмеченном только что обстоятельстве нельзя не заметить некоторой слабости этого метода по сравнению с обычным экспериментом. Включение теории (сознательной деятельности субъекта) в качестве звена, связывающего модель и объект, может стать источником ошибок, что снижает доказательную силу модельного эксперимента. Однако неограниченные возможности практического исследования свойств, поведения, закономерностей объектов, недоступных по каким-либо причинам для обычного непосредственного экспериментирования, возможности открытия новых способов расширения сферы человеческого Познания путем применения модельного эксперимента свидетельствуют о том, что его роль, значение и место в структуре научного познания будут неуклонно возрастать.

Поскольку в модельном эксперименте непосредственному исследованию подвергается модель, а результаты исследования экстраполируются на моделируемый объект, то теоретическое обоснование права на эту экстраполяцию является обязательным условием и составной частью такого эксперимента. Поэтому характеристика т Є Ор Є ТИЧ^С^^ обес-

т ~

печивается перенос результатов исследования модели на действительный объект изучения, является необходимой составной частью описания сущности всякого модельного эксперимента.

<< | >>
Источник: В.А.ШТОФФ. Моделирование и философия. 1966

Еще по теме Место моделей в структуре эксперимента. Модельный эксперимент:

  1. Модельный эксперимент как критерий истинности теории
  2. Структура обычного эксперимента
  3. Отношение основных типов моделей к реальному и мысленному эксперименту
  4. Глава 7 МОДЕЛЬ И МЫСЛЕННЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ
  5. Научный эксперимент
  6. Тема 14. Тактика следственного эксперимента.
  7. § 3. Что такое социальный эксперимент?
  8. Эксперимент
  9. РУССКИЙ ЭКСПЕРИМЕНТ
  10. Познавательное значение мысленного эксперимента
  11. Сущность эксперимента