الحوار المتمدن - موبايل
الموقع الرئيسي


مفهوم النماذج العلمية

زهير الخويلدي

2022 / 3 / 31
الصناعة والزراعة


يعتقد البعض أن النماذج هي إما ألعاب أو نسخ بسيطة من الواقع. يتوافق هذا بشكل عام مع المعنى اليومي "للطراز" (على سبيل المثال ، "نماذج سيارات" ، "نماذج طائرات" ، "نماذج خطوط السكك الحديدية"). غالبًا ما يعتقد الطلاب أن النماذج مفيدة لأنها نسخ (أو حتى نسخ على نطاق واسع) لأشياء أو أفعال فعلية. في مثل هذه الحالات ، نادرًا ما ينظر إلى ما هو أبعد من أوجه التشابه السطحي بين النموذج والشيء أو الفكرة التي يمثلها النموذج (أي ، السؤال ، هل يبدو مثل X؟) سيكون هو الطريقة التي تمثل بها قيمة نموذج X يحكم). كما هو الحال مع العديد من مجالات العلوم ، يختلف المعنى العلمي لمصطلح "نموذج" عن الاستخدام اليومي للكلمة. هذا مهم في فهم التجارب اليومية مع النماذج. يمتلك البعض وجهة نظر أكثر تطورًا بأن "النماذج" يمكن أن تكون أكثر من مجرد تمثيلات جسدية للأشياء. وهم يدركون أنه يمكن أيضًا استخدام "النماذج" لاختبار الأفكار والعمليات بطرق قد يكون من المستحيل القيام بها في العالم الحقيقي. يمكن تعزيز هذه الفكرة من خلال الاستخدام اليومي لمصطلحات مثل "نمذجة الكمبيوتر" والتجارب في محاكاة ألعاب الكمبيوتر. هناك وجهة نظر أكثر تقدمًا ، نادرًا ما تتم مواجهتها ، وهي أن اختبار "النماذج" (إجراء اختبار "الملاءمة") يمكن أن يؤدي إلى إعادة تصميمها لتقديم تنبؤات محسنة. قلة على دراية بالأهمية التي يوليها العلم لاختبار النماذج وصقلها لبناء فهم أفضل للعمليات التي يسعون إلى شرحها. ماهي وجهة نظر العلم؟
لطالما كانت النماذج مهمة في العلوم ولا تزال تستخدم لاختبار الفرضيات والتنبؤ بالمعلومات. غالبًا ما تكون غير دقيقة لأن العلماء قد لا يمتلكون جميع البيانات. من المهم أن يختبر العلماء نماذجهم وأن يكونوا مستعدين لتحسينها مع ظهور بيانات جديدة. قد يستغرق بناء النموذج وقتًا - استغرق إنشاء الكرة الأرضية الدقيقة أكثر من 2000 عام - ونأمل أن يستغرق نموذجًا دقيقًا لتغير المناخ وقتًا أقل بشكل ملحوظ.النموذج العلمي هو تمثيل مادي و / أو رياضي و / أو مفاهيمي لنظام الأفكار أو الأحداث أو العمليات. يسعى العلماء إلى تحديد وفهم الأنماط في عالمنا من خلال الاعتماد على معرفتهم العلمية لتقديم تفسيرات تمكن من التنبؤ بالأنماط. يجب أن تكون النماذج التي ينشئها العلماء متسقة مع ملاحظاتنا واستنتاجاتنا وتفسيراتنا الحالية. ومع ذلك ، لم يتم إنشاء النماذج العلمية لتكون بيانات واقعية عن العالم. من المفيد تصنيف النماذج العلمية على أنها:
النماذج العقلية (تمثيل لفكرة معقدة ، على سبيل المثال كيف نفكر في فكرة مجردة مثل الذرات)
النماذج المعبر عنها (نسخة من النموذج العقلي الذي يعبر عنه الفرد من خلال العمل أو الكلام أو الكتابة كما في الرسم التخطيطي)
نماذج الإجماع (نموذج معبر خضع للاختبار من قبل العلماء وتم التوصل إلى إجماع على أن النموذج يستحق ، على سبيل المثال نموذج الانفجار العظيم).
تمتلك النماذج العلمية الأكثر فائدة:
القوة التفسيرية (النموذج الذي لا يساهم بأي شيء في التفسيرات يكون ذا قيمة قليلة جدًا)
القدرة التنبؤية (يعد اختبار التنبؤات المستمدة من النموذج أمرًا أساسيًا في تحديد متانة النموذج)
الاتساق عبر السياقات (نموذج الذرة هو نفسه عند التفكير في ذرة من الرصاص أو ذرة من الذهب)
التناسق مع النماذج العلمية الأخرى (نموذج الذرة هو نفسه بالنسبة للذرات في المعدن كما هو الحال بالنسبة للذرات الموجودة داخل الخلية البيولوجية ؛ الخلية البيولوجية هي نموذج علمي آخر).
أفكار تعليمية نقدية
العلم هو محاولة لشرح بيئتنا الطبيعية وعمل تنبؤات عنها (انظر فكرة التركيز ، ممارسة العلم بشكل أصيل).
يسعى العلم إلى إنشاء أوصاف وتفسيرات بسيطة لعالمنا المعقد. النموذج العلمي هو وسيلة قوية جدًا وشائعة لتمثيل هذه التبسيطات. عندما يمكّننا النموذج العلمي من عمل تنبؤات ، يكون ذلك أكثر قيمة. نظرًا لأن النماذج العلمية هي تمثيلات لتفسيرات مبسطة ، فإنها لا تسعى إلى شرح كل موقف أو كل التفاصيل. هذا يعني أن النماذج العلمية غالبًا ما تكون غير متطابقة مع "العالم الحقيقي" الذي اشتُقت منه. كما يجب أن يتم تقدير العلماء الذين يصنعون النماذج ويستخدمونها لعمل تنبؤات. بما أن النماذج هي تمثيلات لفهم علمي ، حيث تتغير هذه المفاهيم ، لذلك تتغير النماذج أيضًا. فكرة التركيز يستكشف عمل العلم تطور المعرفة العلمية.
كما يجدر استكشاف العلاقات بين الأفكار في خرائط تطوير المفاهيم - النماذج ، عرض العالم العلمي.
اطلب مناقشة قوائم التشابه والاختلاف هذه. ضع في اعتبارك كيف ساعدت التطورات في التكنولوجيا في بناء نماذجنا المحسنة ، على سبيل المثال الرسوم البيانية والرسومات والنماذج الثابتة والنماذج الميكانيكية والمحاكاة الحاسوبية. ناقش كيف يمكن أن تكون هذه التطورات في التكنولوجيا قد ساعدت أيضًا في اختبار وصقل وتحسين فهمنا للعملية / النظام الذي يتم تصميمه وإعادة تصميم نموذج أفضل.
إعادة التفكير في الأفكار الموجودة وتوضيحها : اطلب سرد خصائص السيارات "النموذجية" (أو الطائرات أو القطارات ، وما إلى ذلك) ، ربما من خلال التفكير في السؤال ، "ما الذي يجعل سيارة طراز معينة سيارة طراز" جيدة "؟ يمكن أن يتمثل النهج البديل في عرض نموذجين من نفس نوع الكائن حيث يتم منمق بشكل كبير والآخر يظهر تفاصيل أكبر بكثير. اسأل الطلاب عن النموذج الأفضل وشجعهم على شرح اختيارهم.
من الضروري مقارنة الخصائص التي يحددها الطلاب لكل نموذج. اطلب من الطلاب التفكير في الغرض من النموذج ولماذا قد تختلف الأغراض باختلاف النماذج العلمية. وبعذ ذلك ممارسة استخدام وبناء الفائدة المتصورة للنماذج العلمية. زد على ذلك يمكن البحث في تطوير نموذج علمي حالي لبعض الأنظمة البسيطة بمرور الوقت ، على سبيل المثال الدورة الدموية أو الجهاز الهضمي في جسم الإنسان أو نموذج للأرض. غالبًا ما تغيرت نماذج هذه الأنظمة البسيطة بشكل كبير ، مما يعكس التقدم التكنولوجي والفهم المحسن. على سبيل المثال ، كانت الأرض تُعتبر ذات مرة قرصًا مستويًا ثم أعيد تصورها على أنها كرة كبيرة جدًا. من المعروف الآن أنه ليس كرويًا ولكنه شكل كمثرى أكثر قليلاً. هذا التطور ، يدفع الى التفكير في:
ما هي التغييرات التي خضع لها النموذج على وجه التحديد
خلال أي فترة من الوقت حدثت التغييرات
لماذا حدثت التغييرات / التطورات في النموذج
ما هي المعلومات أو التكنولوجيا الجديدة التي قد تؤدي إلى إعادة التفكير في تصميم النموذج الأصلي.
في العلم ، النموذج هو تمثيل لفكرة أو كائن أو حتى عملية أو نظام يُستخدم لوصف وشرح الظواهر التي لا يمكن تجربتها بشكل مباشر. تعد النماذج أساسية لما يفعله العلماء ، سواء في أبحاثهم أو عند إيصال تفسيراتهم.
النماذج هي طريقة ذهنية بصرية لربط النظرية بالتجربة ، وهي توجه البحث من خلال كونها تمثيلات مبسطة لواقع متخيل يتيح تطوير التنبؤات واختبارها بالتجربة.
لماذا يستخدم العلماء النماذج
للنماذج مجموعة متنوعة من الاستخدامات - من توفير طريقة لشرح البيانات المعقدة إلى تقديمها كفرضية. قد يكون هناك أكثر من نموذج اقترحه العلماء لشرح أو التنبؤ بما قد يحدث في ظروف معينة. غالبًا ما يجادل العلماء حول "صحة" نموذجهم ، وفي هذه العملية ، سيتطور النموذج أو يتم رفضه. وبالتالي ، تعتبر النماذج أساسية في عملية بناء المعرفة في العلوم وتوضح كيف أن المعرفة العلمية مؤقتة.
فكر في نموذج يُظهر الأرض - كرة أرضية. حتى عام 2005 ، كانت الكرات الأرضية دائمًا تمثيل فنان لما كنا نظن أن الكوكب يبدو عليه. (في عام 2005 ، تم إنتاج أول كرة أرضية تستخدم صور الأقمار الصناعية من وكالة ناسا.) أول كرة أرضية معروفة تم صنعها (في 150 قبل الميلاد) لم تكن دقيقة للغاية. تم بناء الكرة الأرضية في اليونان ، لذا ربما لم تظهر سوى مساحة صغيرة من الأرض في أوروبا ، ولم تكن أستراليا أو الصين أو نيوزيلندا عليها! نظرًا لأن مقدار المعرفة قد تراكم على مدى مئات السنين ، فقد تحسن النموذج حتى ، بحلول الوقت الذي تم فيه إنتاج كرة أرضية مصنوعة من صور حقيقية ، لم يكن هناك فرق ملحوظ بين التمثيل والشيء الحقيقي.
بناء نموذج
يبدأ العلماء بكمية صغيرة من البيانات ويبنون تمثيلًا أفضل وأفضل للظواهر التي يشرحونها أو يستخدمونها للتنبؤ مع مرور الوقت. في هذه الأيام ، من المرجح أن تكون العديد من النماذج رياضية ويتم تشغيلها على أجهزة الكمبيوتر ، بدلاً من أن تكون تمثيلاً مرئيًا ، لكن المبدأ هو نفسه.
استخدام النماذج للتنبؤ
في بعض الحالات ، يتم تطوير النماذج من قبل العلماء لمحاولة التنبؤ بالأشياء. أفضل الأمثلة هي النماذج المناخية وتغير المناخ. لا يعرف البشر التأثير الكامل الذي يحدثونه على الكوكب ، لكننا نعرف الكثير عن دورات الكربون ودورات المياه والطقس. باستخدام هذه المعلومات وفهم كيفية تفاعل هذه الدورات ، يحاول العلماء معرفة ما قد يحدث. تعتمد النماذج أيضًا على عمل العلماء لجمع بيانات الجودة لإدخالها في النماذج. لمعرفة المزيد حول العمل على تجميع البيانات للنماذج ، انظر إلى مشروع ارجو والعمل الجاري لجمع بيانات درجة الحرارة والملوحة على نطاق واسع لفهم الدور الذي يلعبه المحيط في المناخ وتغير المناخ.
على سبيل المثال ، يمكنهم استخدام البيانات للتنبؤ بما قد يكون عليه المناخ في غضون 20 عامًا إذا واصلنا إنتاج ثاني أكسيد الكربون بالمعدلات الحالية - ماذا قد يحدث إذا أنتجنا المزيد من ثاني أكسيد الكربون وماذا سيحدث إذا أنتجنا أقل. تُستخدم النتائج لإبلاغ السياسيين بما يمكن أن يحدث للمناخ وما يمكن تغييره.
الاستخدام الشائع الآخر للنماذج هو في إدارة مصايد الأسماك.. يستخدم العلماء معلومات حول دورات حياة الأسماك وأنماط التكاثر والطقس والتيارات الساحلية والموائل للتنبؤ بعدد الأسماك التي يمكن اصطيادها من منطقة معينة قبل أن ينخفض عدد السكان إلى ما دون النقطة التي يتعذر عليها فيها التعافي.
يمكن أيضًا استخدام النماذج عندما تكون التجارب الميدانية باهظة الثمن أو خطيرة للغاية ، مثل النماذج المستخدمة للتنبؤ بكيفية انتشار الحريق في أنفاق الطرق وكيفية نشوب حريق في المبنى.
كيف نعرف ما إذا كان النموذج يعمل؟
غالبًا ما تُستخدم النماذج لاتخاذ قرارات مهمة للغاية ، على سبيل المثال ، قد يؤدي تقليل كمية الأسماك التي يمكن أن تؤخذ من منطقة ما إلى توقف الشركة عن العمل أو منع الصياد من الحصول على وظيفة كانت في عائلته لأجيال. التكاليف المرتبطة بمكافحة تغير المناخ لا يمكن تصورها تقريبًا ، لذلك من المهم أن تكون النماذج صحيحة ، ولكن غالبًا ما يتعلق الأمر باستخدام أفضل المعلومات المتاحة حتى الآن. تحتاج النماذج إلى اختبار مستمر لمعرفة ما إذا كانت البيانات المستخدمة توفر معلومات مفيدة. سؤال يمكن للعلماء طرحه على النموذج هو: هل يناسب البيانات التي نعرفها؟
بالنسبة لتغير المناخ ، هذا صعب بعض الشيء. قد يتناسب مع ما نعرفه الآن ، لكن هل نعرف ما يكفي؟ تتمثل إحدى طرق اختبار نموذج تغير المناخ في تشغيله بشكل عكسي. هل يمكنها التنبؤ بدقة بما حدث بالفعل؟ يمكن للعلماء قياس ما حدث في الماضي ، لذلك إذا كان النموذج يناسب البيانات ، فيُعتقد أنه أكثر جدارة بالثقة. إذا لم يكن ذلك مناسبًا ، فقد حان الوقت للقيام ببعض الأعمال الإضافية.تُعرف عملية مقارنة تنبؤات النموذج بالبيانات التي يمكن ملاحظتها باسم "تروثينغ الأرض". لإدارة مصايد الأسماك ، تتضمن عملية البحث عن الأرض الخروج وأخذ عينات من الأسماك في مناطق مختلفة. إذا لم يكن هناك عدد كبير من الأسماك في المنطقة كما يتنبأ النموذج ، فقد حان الوقت للقيام ببعض العمل. تعرف على المزيد حول ترويض الأرض في الأقمار الصناعية لقياس سمك الجليد البحري. يقوم العلماء هنا بالتحقق من صحة بيانات الأقمار الصناعية حول سماكة الجليد في القارة القطبية الجنوبية بحيث يمكن استخدام البيانات لنمذجة كيفية تغير مناخ الأرض ودرجة حرارة البحر ومستويات سطح البحر. فكيف سيغير التوقع بواسطة النماذج من طبيعة العلم ؟
كاتب فلسفي





التعليق والتصويت على الموضوع في الموقع الرئيسي


اخر الافلام

.. ضربة إسرائيلية ضد إيران في أصفهان.. جيمس كلابر: سلم التصعيد


.. واشنطن تسقط بالفيتو مشروع قرار بمجلس الأمن لمنح فلسطين صفة ا



.. قصف أصفهان بمثابة رسالة إسرائيلية على قدرة الجيش على ضرب منا

.. وزير الأمن القومي الإسرائيلي بن غفير تعليقا على ما تعرضت له




.. فلسطيني: إسرائيل لم تترك بشرا أو حيوانا أو طيرا في غزة