Что называется моделью природного явления

Моделирование явлений и объектов природы.

При изучении природных явлений реальный объект заменяют идеализированным, не существующим в действительности, то есть реальный объект заменяют моделью, обладающей некоторыми важными свойствами оригинала, но по остальным параметрам отличается от него, поэтому нужно знать границы применимости модели (см. таблицу

Научные гипотезы, физические законы и теории, границы их применимости № 2(1).

Научная теория содержит постулаты, определения, гипотезы и законы, объясняющие наблюдаемые явления. Теория позволяет не только объяснять уже наблюдавшиеся явления, но и предсказывать новые(Максвелл предсказал существование эл/м волн).

Источник

Моделирование природных процессов в решении экологических проблем

Надорганизменные системы (популяции, биоценозы, экосистемы, биосфера), изучаемые экологией, чрезвычайно сложны. В них возникает большое количество взаимосвязей, сила и постоянство которых непрерывно меняются. Одни и те же внешние воздействия нередко приводят к различным, а иногда и к противоположным результатам. Это зависит от состояния, в котором находилась система в момент воздействия. На действие конкретных факторов предвидеть ответные реакции системы можно только через сложный анализ существующих в ней количественных взаимоотношений и закономерностей. Поэтому широкое распространение в экологии получило моделирование, особенно при изучении и прогнозировании природных процессов.

Термин «модель-» имеет целый ряд смысловых значений:

1) физическое (вещественно-натуральное) или знаковое (математическое, логическое) подобие (обычно упрощенное) реального объекта, явления или процесса; 2) уменьшенное подобие реального объекта; отличают действующую модель и только имитирующую форму чего-то (макет); 3) схема, изображение или описание какого-либо явления или процесса в природе и обществе.

В экологии под моделью довольно часто понимается материальный или мысленно представляемый объект, который в процессе исследования замещает объект-оригинал, и его непосредственное изучение дает новые знания об объекте-оригинале. Модель неизбежно упрощает действительность и в то же время показывает особенно ярко элементы и связи, интересующие ученого.

Моделирование — метод исследования сложных объектов, явлений и процессов путем их упрощенного имитирования (натурного, математического, логического). Основывается на теории подобия (сходства) с объектом-аналогом.

Требования, предъявляемые к моделям. Важнейшие требования к любой модели — ее подобие с моделируемым предметом и наличие следующих свойств:

— модель — это увеличенное (клетка) или уменьшенное (глобус) подобие объекта;

— модель может замедлить быстро протекающие процессы или ускорить медленно протекающие;

— модель упрощает реальный процесс, что дает возможность обратить внимание на главную сущность объекта.

Виды моделей. Модели принято делить на две группы: материальные (предметные) и идеальные (мысленные), рис. 21.3.

Рис. 21.3. Виды моделей

Из материальных моделей наиболее широко распространены в природопользовании физические модели. Например, при создании крупных проектов, таких, как строительство ГЭС, связанных с изменениями окружающей природной среды. Вначале строятся уменьшенные модели устройств и сооружений, на которых исследуются процессы, происходящие при заранее запрограммированных воздействиях.

Во второй половине XX в. среди видов моделей в экологии все большее значение приобретают идеальные: математические, кибернетические, имитационные, графические модели.

Суть математического моделирования заключается в том, что с помощью математических символов строится абстрактное упрощенное подобие изучаемой системы. Далее, меняя значение отдельных параметров, исследуют, как поведет себя данная искусственная система, т. е. как изменится конечный результат.

Математические модели, строящиеся с применением ЭВМ, называют кибернетическими.

Исследования, в которых ЭВМ играет важную роль в самом процессе построения модели и проведения модельных экспериментов, получили название имитационного моделирования, а соответствующие модели — имитационных.

Графические модели представляют блоковые схемы (рис. 21.4) или раскрывают зависимость между процессами в виде таблицы-графика. Графическая модель позволяет конструировать сложные эко- и геосистемы.

Рис. 21.4. Блоковая схема, на которой показаны четыре

основных компонента, учитываемых при моделировании

экологических систем (Ю. Одум, 1986):

Е — движущая сила; Р — свойства; F — потоки; I — взаимодействие

По охвату территории все модели могут быть: локальными, региональными и глобальными.

В построении математических моделей сложных природных процессов выделяются следующие этапы.

1. Реальные явления, которые планируется смоделировать, должны быть тщательно изучены: выявлены главные компоненты и установлены законы, определяющие характер взаимодействия между ними. Если неясно, как связаны между собой реальные объекты, построение адекватной модели невозможно. На данном этапе нужно сформулировать вопросы, на которые ответ должна дать модель. Прежде чем строить математическую модель природного явления, надо иметь гипотезу о его течении.

2. Разрабатывается математическая теория, описывающая изучаемые процессы с необходимой деятельностью. На ее основе строится модель в виде абстрактных взаимодействий. Установленные законы должны быть облечены в точную математическую форму. Конкретные модели могут быть предоставлены в аналитической форме (системой аналитических уравнений) или в виде логической схемы машинной программы. Модель природного явления есть строгое математическое выражение сформулированной гипотезы.

3. Проверка модели — расчет на основе модели и сличения результатов с действительностью. При этом проверяется правильность сформулированной гипотезы. При значительном расхождении сведений модель отвергают или совершенствуют. При согласованности результатов модели используют для прогноза, вводя в них различные исходные параметры.

По Ю. Одуму (1986), моделирование обычно начинают с построения схемы или графической модели, часто представляющей собой блок-схему (см. рис. 21.4).

На рис. 21.4 буквами Р₁ и Р₂ обозначены два свойства, которые при взаимодействии (I) дают некое третье свойство Р₃ (или влияют на него), когда система получает энергию от источника Е. Обозначены также пять направлений потоков вещества и энергии (F), из которых F₁ — вход, a F₆ — выход для системы как целого. Отсюда, в работающей модели экологической ситуации имеется как минимум четыре ингредиента или компонента: 1) источник энергии или другая внешняя движущая сила; 2) свойства, которые системо-аналитики называют переменными состояний; 3) направления потоков, связывающих свойства между собой и с действующими силами через потоки энергии и вещества; 4) взаимодействия или функции взаимодействий там, где взаимодействуют между собой силы и свойства, изменяя, усиливая или контролируя перемещение веществ и энергии или создавая качественно новые (эмерджен-тные) свойства. Блок-схема на рис. 21.4 может служить моделью лугопастбищной экосистемы, в которой Р₁ — зеленые растения, превращающие солнечную энергию Е в пищу. В этом случае Р₂ обозначает растительноядное животное, поедающее растения, а Р₃ — всеядное животное, которое может питаться как растительноядными, так и растениями. Взаимодействие I может представлять несколько возможностей. Это может быть «случайный» переключатель, если наблюдения в реальном мире показали, что всеядное животное Р₃ питается Р₁ и Р₂ без разбора в зависимости от их доступности. I может также иметь постоянное процентное значение при обнаружении, что рацион Р₂ состоит, к примеру, на 80% из растительной и на 20% из животной пищи, независимо от того, каковы запасы P₁ и Р₂×I может быть и «сезонным» переключателем в том случае, когда Р^ питается растениями в один сезон года и животными — в другой. Наконец, I может быть пороговым переключателем, если Р₃ сильно предпочитает животную пищу и переключается на растения только тогда, когда уровень Р₂ падает ниже определенного порога.

В качестве научной основы природопользования используется модель геосистемы (географической системы). Эта модель применяется в природопользовании для прогнозирования, а также с целью управления природопользованием посредством воздействия на один компонент для получения положительного эффекта от другого.

Природная геосистема рассматривается обычно как сравнительно простая географическая модель, саморегулирующаяся система. Ее целостность поддерживается взаимосвязью природных компонентов. В более сложные модели в качестве нового элемента вводится человек (общество), рис. 21.5.

Рис. 21.5. Модели разных видов геосистем — природной (А),

природно-технической (Б), интегральной (В)

Схематические рисунки и соответствующие им графические модели справа показывают увеличение числа элементов, слагающих каждую геосистему, и связей между ними: 1 — граница интегральной геосистемы; 2 — граница природно-технической геосистемы; 3 — граница природной геосистемы; 4 — природные компоненты, элементы; 5 — технические элементы, подсистемы; 6 — население; 7 — орган управления, принимающий и контролирующий решения; 8 — связи между компонентами, элементами, подсистемами; 9 — связи на входе и выходе систем

Человек способен не только приспосабливаться к природной геосистеме, но и ее преобразовывать. Использование таких моделей является типичным при изучении систем типа «человек — среда». Используя данные модели, можно проследить цепочку: воздействия на природный комплекс ® изменение комплекса ® последствия изменения природы для человеческой деятельности ® изменение деятельности ® изменение ее воздействия на природу и т. д.

В природно-технических системах техника и природа представлены как элементы одной системы (рис. 21.5Б).

Подход, в котором природа и техника рассматриваются как элементы одной системы, несомненно, способен углубить представления о механизме взаимодействия, выявить последствия воздействия техники на природу. Здесь представление о геосистеме как системе самоуправляемой относительно быстро меняется на представление о ней как системе управляемой.

Геосистема, включающая в качестве своих элементов население и орган управления, который принимает и контролирует решения, называется интегральной (рис. 21.5В). Для рационального природопользования это очень важно, так как ставится задача выработки системы мер по сохранению целостности геосистемы.

Экологический мониторинг

Экологический мониторинг — это система наблюдений, оценки и прогноза, позволяющая выявить изменение состояния окружающей среды под влиянием антропогенной деятельности.

Термин «мониторинг» образован от латинского слова «монитор» — наблюдающий, предостерегающий (так называли впередсмотрящего матроса на парусном судне). Идея глобального мониторинга окружающей человека природной среды и сам термин «мониторинг» появились в 1971 г. в связи с подготовкой к проведению Стокгольмской конференции ООН по окружающей среде (1972). Первые предложения по разработке такой системы были выдвинуты Научным комитетом по проблемам окружающей среды (СКОПЕ).

Профессор Р. Мэнн в 1973 г. в постановочном аспекте изложил концепцию мониторинга, которая была обсуждена на первом Межправительственном совещании по мониторингу (Найроби, февраль 1979 г.). Мониторингом Р. Мэнн предложил называть систему повторных наблюдений одного или более элементов окружающей природной среды в пространстве и во времени с определенными целями в соответствии с заранее подготовленной программой.

В 90-х гг. XX в. в Российской Федерации мониторинг природной среды и источников антропогенных воздействий осуществляется службами Госкомгидромета, Санэпиднадзора, Министерства охраны окружающей среды, Минсельхозпрода и других ведомств.

Цель экологического мониторинга — информационное обеспечение управления природоохранной деятельностью и экологической безопасностью (рис. 21.6).

Рис. 21.6. Схема мониторинга

В состав мониторинга входят:

— наблюдение за изменением качества окружающей среды, факторами, воздействующими на окружающую среду;

— оценка фактического состояния природной среды;

— прогноз изменения качества среды.

Наблюдения осуществляются по физическим, химическим и биологическим показателям. Перспективны интегрированные показатели состояния окружающей среды.

В систему экологических наблюдений входит определение показателей опасного загрязнения среды техногенного происхождения, например, соединений тяжелых металлов, газовых загрязнителей и т. д.

Выделяют глобальный, национальный, региональный и локальный мониторинга.

Глобальный (биосферный) мониторинг осуществляется на основе международного сотрудничества, позволяет оценить современное состояние всей природной системы Земли. Наблюдение ведут базовые станции в различных регионах планеты (30—40 сухопутных и более 10 океанических). Нередко они располагаются в биосферных заповедниках.

Национальный мониторинг осуществляется в пределах государства специально созданными органами.

Региональный мониторинг осуществляется за счет станций системы, куда поступает информация в пределах крупных районов, интенсивно осваиваемых народным хозяйством, а следовательно, подверженных антропогенному воздействию.

К локальному мониторингу относятся наблюдения за воздушной средой различных зон города, промышленных и сельскохозяйственных районов и отдельных предприятий.

Локальный мониторинг осуществляется с помощью стационарных, передвижных или подфакельных постов. Такая система имеется в большинстве крупных городов России. Так, в г. Кургане мониторинг атмосферного воздуха осуществляется на пяти постах.

И. П. Герасимов (1981) подразделяет систему наземного мониторинга окружающей среды на блоки, имеющие свои задачи и базу обеспечения (табл. 21.2).

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

Источник

Наблюдение в природе и моделирование как средство экологического воспитания

Наблюдение — это специально организованное воспитателем, целенаправленное, более или менее длительное и планомерное, активное восприятие детьми объектов и явлений природы.

Целью наблюдения может быть усвоение разных знаний — установление свойств и качеств, структуры и внешнего строения предметов, причин изменения и развития объектов (растений, животных) сезонных явлений.

Основной запас накопленных ребенком в дошкольном возрасте знаний — это представления, т. е. образы воспринятых им ранее объектов, явлений. Чем конкретнее, ярче представление, тем легче ребенку использовать его в практической и познавательной деятельности. А для этого необходимы частые непосредственные встречи с природой, наблюдение за ее объектами.

Наблюдение позволяет показать детям природу в естественных условиях во всем ее многообразии, в простейших, наглядно представленных взаимосвязях. Многие связи и отношения природных явлений доступны непосредственному наблюдению, зримы.

Систематическое использование наблюдения в ознакомлении с природой приучает детей приглядываться, подмечать ее особенности и приводит к развитию наблюдательности, а значит, решению одной из важнейших задач умственного воспитания.

Для успешного достижения поставленной цели воспитатель продумывает и использует специальные приемы, организующие активное восприятие детей: задает вопросы, предлагает обследовать, к сравнивать объекты между собой, устанавливать связи между отдельными объектами и явлениями природы.

Наблюдение необходимо сопровождать точной речью воспитателя и детей, чтобы полученные знания усвоились. Так как наблюдение требует сосредоточенности произвольного внимания, педагог должен регулировать его по времени, объему и содержанию.

Наблюдение природы является неисчерпаемым источником эстетических впечатлений и эмоционального воздействия на детей.

Воспитатель использует разные виды наблюдения.

Для формирования у детей представлений о разнообразии растений и животных, объектов неживой природы, распознавания особенностей тех или иных объектов, их свойств, признаков, качеств используется распознающее наблюдение. Оно обеспечивает накопление у детей ярких, живых знаний о природе.

Используется и наблюдение, способствующее формированию представлений о росте и развитии растений и животных, сезонных изменениях в природе.

Часто в процессе наблюдения бывает необходимо установить целое явление по отдельным его признакам. Например, определить по цвету, зрелый или незрелый плод; узнать по упавшему семени, какому дереву оно принадлежит, по следу — какое животное прошло, и т. д.

Наблюдение может проводиться как с отдельными детьми, с небольшими группами (в 3—6 человек, так и со всей группой воспитанников. Это зависит от цели и содержания наблюдения, а также задач, стоящих перед воспитателем. Так, на занятии можно наблюдать за животными и растениями, трудом взрослых. Работа с детьми в этом случае организуется фронтально. На экскурсии наблюдение организуется со всеми детьми, с маленькими подгруппами и с отдельными воспитанниками. В уголке природы целесообразно проводить наблюдение с отдельными детьми или с небольшими подгруппами.

В зависимости от количества детей, участвующих в наблюдении, оно может быть индивидуальным, групповым и фронтальным.

В зависимости от объекта и возраста детей, от поставленных задач наблюдения могут быть эпизодическими, продолжающимися несколько минут, и длительными, которые ведутся в течение многих дней, а иногда и недель и итоговыми (обобщающими).

Наблюдения можно проводить:

— на прогулках и во время экскурсий;

— в уголке природы;

— на земельном участке ДОУ;

На прогулках можно, наблюдать погоду, небо (движение облаков, радугу, закат солнца и др., сезонные изменения в жизни растений и животных (появление листьев и цветков, листопад, прилет и отлет птиц). Наблюдения эти обычно кратковременны, но проводятся многократно за одним и тем же объектом или явлением природы. На ежедневных прогулках и экскурсиях нужно обращать внимание на характерные сезонные изменения в жизни растений и животных.

Т. к. наблюдения на экскурсиях случайны и обычно очень кратковременны, то наблюдения, начатые па прогулке или экскурсии, продолжают в уголке природы. Приведем пример. На прогулке дети наблюдают за гусеницами, рассматривают их внешний вид и передвижение. Воспитатель сажает пойманных гусениц в банку со свежей веткой того деревца, с которого они взяты, и переносит ее в уголок природы.Детям дают задание: «Посмотрите завтра, что случится с этой веточкой». На другой день они обнаруживают, что листья у веточки обглоданы гусеницами, и, следовательно, устанавливают приносимый ими вред.

На участке ДОУ можно наблюдать, как происходит рост растений, их цветение и плодоношение.

Также на земельном участке ДОУ можно продолжить наблюдения, начатые на экскурсии или прогулке. Так, например, можно создать уголок из дикорастущих растений, перенесенных из леса и с луга, ухаживать за ними, наблюдать за ростом растений, и затем сравнивать эти растения с оставшиеся, например, в парке.

Подытожив свои наблюдения,можно сделать вывод: растения, за которыми ухаживали, растут быстрее, стали крупнее, красивее.

Одним из эффективных средств, обеспечивающих успешность познания, является использование детьми моделей и активное участие, в процессе моделирования

Процесс познания окружающего мира не прост для ребенка. Начинается он с чувственного восприятия. Воспринимая природу, ребенок имеет возможность видеть, слышать, вкушать, осязать кожей, нюхать. Но многие явления природы невозможно воспринимать непосредственно через чувства осязания. К ним мы можем отнести вопросы взаимосвязей существующих в природе,например: взаимосвязи между образом жизни животных и условиями их существования или взаимосвязи между ростом растений и водой, светом, теплом.

Усвоить данные взаимосвязи в природе поможет моделирование, которое делает общение с детьми более доступным и наглядным. Метод моделирования имеет развивающее значение, так как открывает у ребенка ряд дополнительных возможностей для развития его умственной активности. Важно в процессе деятельности, дать ребенку возможность самостоятельно находить информацию, познавать и использовать освоенные способы действий. Одним из эффективных средств, обеспечивающих успешность познания, является использование детьми моделей и активное участие в процессе моделирования.

Что такое модель и моделирование?

Моделирование в детском саду – это совместная деятельность воспитателя и дошкольника, направленная на создание и использование моделей.

Исследования ученых психологов (Эльконин Д. Б, Вегнер Л. А, доказывают, что использование наглядного моделирования в обучении детей при ознакомлении с природой, способствует развитию умственных способностей и более прочному усвоению новых знаний. Ученые отмечают, что с использованием наглядного моделирования, процесс обучения будет проходить более успешно. Отмечают доступность метода моделирования для детей дошкольного возраста. Доступность определяется тем, что в основе лежит принцип замещения – реальный предмет может быть замещен в деятельности детей другим знаком, изображением, предметом.

В детском саду в качестве условных заместителей могут выступать символы разнообразного характера: создаваемые детьми конструкции, аппликации, рисунки, геометрические фигуры, символические изображения предметов (силуэты, контуры) и др.

Метод моделирования используется тогда, когда нужно показать детям внутреннее, скрытое от непосредственного восприятия содержание и отношения объектов в реальности. Многообразие природных явлений, создает видимость их легкого познания в процессе наблюдения, но пугливость, скрытый образ жизни многих животных, растянутость во времени изменчивости развития организмов или сезонных явлений природы, рождают объективные трудности для дошкольной мыслительной деятельности, которая находится в становлении. Это и вызывает необходимость моделирования некоторых объектов, явлений природы.

Таким образом, моделирование и модели позволяют демонстрировать существующие экологические связи в природе. Процесс моделирования и использование готовых моделей является методом экологического восприятия.

Главной характеристикой модели, является то, что она отображает и содержит в себе существенные особенности натуры, в удобной форме воспроизводит самые значимые стороны и признаки моделирующего объекта.

С дошкольниками можно создавать и использовать самые различные модели. Важнейшую роль в экологическом воспитании играет календарь природы. Сначала происходит его создание, (моделирование предметов и явлений, а затем использование его в учебном ивоспитательном процессе.

Демонстрация моделей в обучении занимает особое место, так как помогает лучше, чем другие средства наглядности выделить существенные признаки объектов, связи и отношения разной степени сложности. С помощью демонстрации моделей успешно осуществляется обобщение и систематизация знаний детей о природе.

В дошкольном возрасте при ознакомлении детей с природой используются разные виды моделей:

-предметные (в них воспроизводятся конструктивные особенности, пропорции, взаимосвязь частей объектов. Технические игрушки, модели построек.)

-предметно-схематические (в них признаки, связи и отношения представлены в виде предметов-макетов.)

-графические (графики, схемы. Передают условные признаки, связи и отношения явлений.)

Цель моделирования в экологическом образовании – обеспечение успешного усвоения детьми знаний об особенностях объектов природы, их структуре, связях и отношениях существующих между ними.

Использование метода моделированияв работе с детьми дошкольного возраста позволяет решать следующие задачи:

— Развитие у детей умственной активности, сообразительности, наблюдения, умения сравнивать.

— Учит выделять признаки предметов, классифицировать их, выделять противоречивые свойства.

— Наглядно увидеть, понять связи и зависимость в окружающем мире.

— Способствовать развитие речевых навыков, психических процессов и в целом интеллектуальному развитию дошкольников.

Особую роль в работе с детьми занимает использование в качестве дидактического материала мнемотаблиц.

Мнемотаблица – это схема, в которую заложена определенная информация. Овладение приемами работы с мнемотаблицами значительно сокращает время обучения и одновременно решает задачи, направленные на развитие памяти, внимания, образного мышления; преобразования из абстрактных символов в образы; развитие мелкой моторики рук при полном или частичном графическом воспроизведении.

Работа состоит из нескольких этапов:

1. Рассматривание и разбор таблицы.

2. Преобразование из абстрактных символов в образы.

4. Графическая зарисовка мнемотаблицы.

5. Каждая таблица может быть воспроизведена ребенком при ее показе.

Использование моделирования является тем самым средством вовлечения, которое формирует целостное представление детей о природе, способствует пониманию детьми взаимосвязей в природе и с природой, вызывает огромный интерес и воспитывает любовь к природе.

Дидактические игры как средство экологического воспитания дошкольников «Дидактические игры как средство экологического воспитания дошкольников» Экологическое воспитание детей – современное направление педагогики,.

Детский труд на прогулке как средство экологического воспитания Выступление на методическом объединении По теме: «Детский труд на прогулке как средство экологического воспитания.» Выполнила: воспитатель.

Дидактическая игра как средство экологического воспитания дошкольников Актуальность исследования экологического воспитания дошкольников обусловлена развитием двух параллельных процессов – усугублением экологической.

Дидактическая игра как средство экологического воспитания старших дошкольников Тема: «Дидактические игры как средство экологического воспитания старших дошкольников». В наши дни, когда мир находится на грани экологической.

Игра как средство экологического воспитания детей дошкольного возраста Обширные экологические изменения на планете побуждают ныне живущих людей всё глубже вникать в их разрешение. Глобальные изменения климата,.

Игровые технологии как средство экологического воспитания дошкольников Игровые технологии как средство экологического воспитания детей дошкольного возраста. Как нам известно, человек всегда существовал в тесной.

Игровые технологии как средство экологического воспитания дошкольников Игровые технологии как средство экологического воспитания детей дошкольного возраста. Как нам известно, человек всегда существовал в тесной.

Лэпбук как средство экологического воспитания детей дошкольного возраста Экологическое образование и воспитание дошкольников становится в настоящее время одним из приоритетных направлений. Чем раньше начинается.

Источник