مدل-مدار-سیستم

در این پست می خواهم در مورد سه مفهوم مهم در علوم مهندسی و علوم پایه، نمی توانم مرزی را بین علوم مهندسی و علوم پایه در این زمینه قایل شوم، صحبت کنم. همه چیز با فلسفه شروع کرد، که فکر کردن و منطق را برای بشریت به ارمغان آورد، بعد از آن فلسفه جوابگوی نیاز بشر نبود، علم ریاضیات نتیجه وادامه راه فلسفه بود.ما باید به ریاضیات به چشم ابزار فکر کردن نگاه کنیم. فرض می کنیم این ابزار از قبلا همیشه مهیا بوده و در اخیتار ما می باشد.

ما اگر بخواهیم با مفهوم مدل شروع کنم، می توان بگویم، مفهوم مدل داخل یک کلام خلاصه یعنی فیزیک. فیزیک علمی است که قرار است برای ما پدیده های طبیعت را به طور دقیق و مشخص و کمی توصیف کند. توصیف شهودی در فیزیک گاها با داده های تجربی می تواند ناسازگار باشد.  برای تعریف مدل و مدلسازی بنده یک مقاله از آقای رضا اخلاقی استفاده کرده ام،که انصافا خیلی زیبا و خلاصه مدلسازی را توصیف کرده است. در این مقاله مدلسازی را به بازی علم تشبیه کرده، که تشبیه نادری می باشد.

تعریف مدل:

مفهوم مدل يكي از مفاهيم اساسيِ فلسفه ي علم و معرفتشناسيِ معاصر است. فيزيكدانان يك مسئلهي واقعي را حل نميكنند، بلكه به جاي آن مسئله، مدلي را به وجود ميآورند تا به كمك آن مسئله را حل كنند. واژهي مدلسازي در فيزيك بسيار فراگير شده است و آموزش مدلسازي نمونهاي از كلِ يك برنامهي آموزشي بر پايهي مدلسازي است. با وجود اين، فراگيران در كلاسهاي سنتيِ درسِ فيزيك از مفهوم "مدل" درك روشني ندارند و در نتيجه متوجه نقش اين مفهوم در فيزيك نميشوند. اصول بنياديِ مكانيك نيوتوني را ميتوان دستگاهي از قاعدهها در نظر گرفت كه دستهاي از بازيهاي مدلسازي را تعريف ميكنند. هدف مشترك اين بازيها توسعهي مدلهايي از پديدههاي فيزيكي است. اين نقطهي شروع، رهيافتي جديد به آموزش فيزيك است كه در آن به فراگيران از ابتدا ياد داده ميشود كه درعلوم "نام بازي مدلسازي است".

پس به طور خلاصه می توانیم بگوییم که هدف فیزیک مدل کردن پدیده ها و اجزای اطراف ما می باشد. که بد نیست بدانیم مدلسازی مراحلی دارد، که باید نکات و مراحل آن را رعایت کرد، که به صورت کلی در اینجا آورده ام برای اطلاعات بیشتر به اصل مقاله رضا اخلاقی رجوع شود.

 

1-نظريهي مدلسازي: نظريه مدلسازي يك نظريه كلي از دانش جاري در علوم است. كه شامل فرآيندهاي زير است:
مرحله ي توصيف: خروجي اصلي اين مرحله، مجموعهي كاملي از نامها و متغيرهاي توصيفي براي يك مدل است. براي
توصيف شيء، بايد نوعِ مدلِ در حال توسعه را انتخاب كنيم. مثلاً، يك جسم جامد ميتواند بهعنوان يك ذره مادي، يك جسم
صلب يا يك جامد كشسان مدلسازي شود.

مرحله ي فرمولبندي: براي مثال با استفاده از قوانين حركت و برهمكنش ميتوان معادلههاي حركت را براي مدل مكانيكيِ
يك شيء تعيين كرد.

مرحله ي انشعاب: در اين مرحله خواص ويژه و كاربردهاي مدل استخراج ميشوند. مثلاً معادلههاي حركت در مدل مكانيكي،
براي تعيين مسيرها با شرايط اوليه متفاوت حل ميشوند يا وابستگي زماني توصيفكنندهها را تعيين ميكنند، و يا نتايج
بهصورت تحليلي و گرافيكي رسم و سپس تحليل ميشوند.

مرحله ي اعتبار: اين مرحله به ارزيابي تجربي مدل منشعب شده ميپردازد. براي مثال يك مسئلهي كتابِ درسي شامل
ارزيابيِ منطقيِ نتايج عددي است.
1
براي يادگيري علم، فراگيران بايد با تمام جنبههاي مدلسازي درگير شوند. مدلسازي در علم فرآيند پيچيده اي است كه نيازمند
هماهنگي چندين نوع از فعاليتهاي مدلسازي كه شامل توليد، تحليل، اعتبار
، و تعميم مدل است ميباشد.2
2-چرخه ي مدلسازي: اين چرخه براي تدريس پرسشهاي علمي طراحي شده است. در اين روش تركيب و راهنمايي
فعاليتها بهوسيله معلم، متفاوت از روشهاي ديگرِ تدريس است. در ابتداي شروع چرخه، معلم توصيفي از پديده ي مورد نظر

شناساييِ دستگاههاي مرتبط، اجزا، و متغيرهارا براي فراگيران بيان ميكند. فراگيران براي تحقيق ساختار پديده، راهنمايي
ميشوند و معلم به هنگام نياز، ابزار مناسب براي ساختار نمايش را معرفي ميكند. طي چندين چرخه آنها ميبينند كه نتيجه ي
هر تحقيق مدلي است كه بايد بهوضوح مشخص و ارزيابي شود. آنها بهتدريج مراحل هدايت يك تحقيق را ياد ميگيرند و به طور
پيشرفت كنندهاي از معلمِ خود مستقل ميشوند و به زودي براي بينشهاي عميق فيزيكي آماده ميشوند.

 

توصیه می کنم حتما مقاله را کامل بخوانید، در پایان  بحث مدلسازی که وظیفه علم فیزیک می باشد، سخنی زیبا از اروین شرویندینگر برگرفته از همین مقاله را برای پایان این بخش انتخاب کردم.

شرودينگر بازي علم را چنين توصيف كرده است: "علم يك بازي است – اما بازيِ همراه با واقعيت، بازي با كاردهاي تيز شده است. اگر مردي تصويري را به دقت 1000 تكه كند، شما وقتي معما را حل مي كنيد كه قطعه ها را به صورت تصوير اوليه درآوريد. در موفقيت يا شكست، دو عامل هوشمند رقابت مي كنند. در يك مسئله ي علمي، طرف ديگر بازي خداوند متعال است. او علاوه بر تعيين مسئله، قواعد بازي را نيز ابداع مي كند – اما اين قاعد ه ها كاملاً شناخته شده نيستند، بلكه نيمي از آن ها را بايد شما كشف يا استنتاج كنيد. آزمايش، تيغ آب ديده اي است كه آن را با موفقيت در برابر ارواح تاريكي در اختيار داريد – و يا شما را بي شرمانه شكست مي دهد. عدم موفقيت، در تعداد قاعد ه هايي است كه خداوند به صورت هميشگي مقدر كرده و تعدادي كه ظاهراً ناشي از لختي ذهن شماست در حالي كه حل مسئله تنها در صورتي امكا نپذير مي شود كه ذهن خود را از محدوديت هايش آزاد كنيد. اين شايد هيجان انگيزترين بخش بازي باشد زيرا در اينجا در مقابل مرز بين خود و پروردگار تلاش مي كنيد – مرزي كه شايد وجود نداشته باشد. شايد به شما واقعاً اين آزادي داده شده باشد كه هر گره اي را بازكنيد. اراده ي طبيعت را، نه با شكستن يا غلبه بر آن، بلكه با تمايل به آن خواست خود گردانيد."

تعریف مدار: مدار را من می خوام این چنین تعریف کنم، خوب فرض کنیم ما دانش مدل انواع اجزا را می دانیم، با کنار هم قرار دادن این ها یعنی ترکیب اجزای فیزیکی که هرکدام مدل خاص خودش را داراست می توانیم، یک مدار یا توصیف بهتر یک مدل جدید که از مدل های اولیه ساخته شده و کاری ملسوس تر و احتمالا مهم تر را برای زندگی روزمره ما انجام میدهد، مثلا یک مدار FM Demodulator  که می توانیم با اون امواج FM را شنید….

تعریف سیستم: سیستم یک مجموعه از مدارها واحتمالا مدال هاست یک هدف نهایی و عالی را قرار است انجام بدهد، مثلا فضا پیما اپولو که قرار است، به خارج از جو زمین سفر کند.خوب می توانیم حدس بزنیم هرچه به سیستم نزدیک تر می شویم، یعنی داریم به سمت علوم مهندسی می رویم ، هرچه به سمت مدل پیش می رویم به سمت علوم پایه پیش می رویم.

هیچکدام از این سه شاخه بردیگری برتری ندارد، در واقع هر سه بخش در کنار هم معنا پیدا می کند، با حذف یک جز ما یک جز ارزشمند را از دست خواهیم داد. دقیقا می توان مشاهد کرد که در کشورهای توسعه یافته هر سه جز به طور ویژه کار شده، موفقیت های چشم گیر آن ها بیخود بدست نیامده، که نیازمند یک ارتباط بین رشته ای بین علوم می باشد.

 

Sharing is caring!

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *