Моделирование и проектирование баз данных в информационных системах.Часть 1 Источник: ca.com Джош Джонс (Josh Jones) и Эрик Джонсон (Eric Johnson) Процессу моделирования баз данных в сфере информационных технологий долго не придавали особого значения. Считалось, что если необходимо протестировать или уточнить код приложения, вполне достаточно просто перебросить данные в любую базу данных. Это мнение глубоко ошибочно. Правильно построенные модели данных не только способствуют повышению производительности приложений за счет более быстрого извлечения и записи данных, но и обеспечивают масштабируемость и гибкость дальнейшей разработки. В наши дни даже секунды решают многое, поэтому пользователи, которым приходится терять время в ожидании ответа от медленных приложений, стремятся найти альтернативные решения. Если вы хотите, чтобы ваши приложения были лучшими в своем роде, придется выделить время и ресурсы на создание моделей данных. В этом техническом описании мы расскажем, что такое моделированием данных, почему оно имеет такое значение, и какие концепции и методы лежат в основе моделирования данных. РОЛЬ БАЗ ДАННЫХ В РАЗРАБОТКЕ ПРИЛОЖЕНИЙ Базы данных играют очень важную роль в процессе разработки приложений. Большинству приложений необходимо хранить определенные данные для дальнейшего использования. Когда дело доходит до сохранения этих данных, в большинстве случаев выбор самым логичным образом падает на реляционные базы данных. Существуют и другие варианты - плоские файлы, XML, персистентные наборы записей или даже пользовательские форматы файлов, но, ни один из этих вариантов не обладает надежностью и защищенностью базы данных. Базы данных позволяют анализировать собранную информацию при помощи таких инструментов, как отчеты и хранилища данных. Кроме того, большинство реляционных систем управления базами данных (РСУБД) позволяют восстановить базу данных из резервной копии в случае отказа и предлагают способы реализации решений высокой готовности для минимизации времени простоя вследствие отказа. Даже сами по себе эти преимущества могут подтолкнуть к решению об использовании баз данных в качестве решения для хранения и управления информацией при разработке приложений. ОСНОВЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ БАЗ ДАННЫХ На самом деле, моделирование баз данных не отличается сложностью - это процесс отображения реальной информации на логическое представление этих данных. Другими словами, как информация о клиентах хранится в модели данных? Здесь многое зависит от специалиста, создающего модель, но есть ряд ключевых концепций, которые помогут такому специалисту принимать правильные решения в процессе разработки. Итак, при моделировании нужно воспринимать данные с точки зрения логики, не заботясь о том, как именно будут выглядеть в базе данных таблицы и столбцы. Такой подход называется логическим моделированием, и его единственная задача - создать модель, представляющую реальные объекты. После создания логической модели можно перейти к проектированию физической модели данных. Разделение логической и физической модели гарантирует создание надежной базы данных. ПРОЕКТИРОВАНИЕ БАЗ ДАННЫХ +В процессе разработки приложения в самой ранней фазе проекта проектировщики и разработчики обычно тратят много времени на сбор требований к создаваемому приложению. Эту информацию обычно собирают при помощи интервьюирования пользователей и руководителей, а также путем наблюдения за существующей системой (даже если это совершенно неавтоматизированная система). Конечный результат представляет собой довольно детализированный набор требований, включающий прецеденты, диаграммы системы и макеты интерфейса приложения. После того, как требования всех основных заинтересованных в проекте сторон будут удовлетворены, начинается разработка приложения. Одно из первых действий, которое приходится выполнять большинству разработчиков приложений - это создание репозитория для данных, с которыми будет работать новое приложение, другими словами - базы данных приложения. Во многих случаях разрабатывается база данных, которая будет удовлетворять физическим требованиям интерфейса приложения. То есть, при наличии проекта, описывающего способ получения и отображения данных приложением, разработчики приложения могут создать в РСУБД пустую базу данных. Если имеется таблица или набор таблиц, которые полностью определяют все данные, получаемые от интерфейса, то разработчик приложения может начать разработку механизма хранения данных и создание кода, при помощи которого приложение будет взаимодействовать с только что созданной базой данных. Хотя этот подход далек от совершенства, он может работать, особенно для краткосрочных проектов. Если все будет сделано с достаточной тщательностью, то готовая база данных даже может функционировать, при условии небольшого объема хранящихся в ней данных и отсутствия необходимости в изменениях. Однако разработанные этим способом базы данных неизбежно будут испытывать серьезные проблемы с масштабируемостью, и по прошествии некоторого времени их будет чрезвычайно трудно изменить. Известно, что приложения, в конце концов, приходится изменять и даже полностью переписывать, чтобы добавить в них новые (или убрать устаревшие) функции; но при этом обычно нужно сохранить устаревшие данные. Значит, мы приходим к необходимости частичного перепроектирования "устаревшей" базы данных для добавления новых функций без риска потери каких-либо данных. Это ведет к снижению производительности, поскольку зачастую мы добавляем новые структуры базы данных (таблицы и представления), а также сложную логику SQL для представления устаревших и новых данных в рамках все того же интерфейса. Создание эффективной логической модели данных до выполнения любых реальных действий по разработке базы данных поможет предотвратить описанные проблемы и выяснить любые неучтенные требования на уровне данных до того, как будет написана хотя бы строка программного кода. СРАВНЕНИЕ МОДЕЛЕЙ ДАННЫХ И БАЗ ДАННЫХ Модели данных создаются на ранних стадиях фазы проектирования, обычно ближе к завершению фазы сбора требований данного проекта. После завершения всех интервью и наблюдений создается модель данных, предназначенная для документирования данных, которыми будет управлять приложение. Эта модель будет логически представлять все порции информации, необходимые приложению, и описывать, как различные порции данных связаны с другими порциями данных. Модель также предусматривает представление данных для пользователей, не обладающих достаточными техническими знаниями, и может быть очень полезна для получения одобрения проекта приложения в целом конечными пользователями. Строго говоря, реляционная база данных представляет собой упорядоченный набор таблиц, в которых хранятся данные. На практике база данных представляет собой набор таблиц, представлений и хранимых процедур (в зависимости от конкретной СУБД), которые хранят данные и выполняют с ними различные действия. Эти структуры определены при помощи встроенного языка программирования данной РСУБД, который обычно представляет собой один из диалектов языка SQL. Любая РСУБД хранит данные в файлах операционной системы и оснащена функциями по управлению файлами, управлению безопасностью и отладке производительности запросов, которые используются для манипуляций с данными. С точки зрения приложения, база данных это место, откуда поступают данные. В отличие от базы данных, модель данных не является представлением физического хранилища данных. Если база данных определяет способ хранения данных, способ использования реальных отношений между ними для манипулирования данными и обеспечивает программный доступ к данным, то модель данных просто перечисляет, какие данные существуют и как различные биты информации связаны между собой. Хорошо спроектированная модель данных, в конце концов, превращается в логическую схему разрабатываемой базы данных. По этой причине модели данных обязательно должны быть платформенно-независимыми; и любая модель данных может использоваться для создания физической базы данных в Oracle 10g, SQL Server 2005 или MySQL. И все же не следует думать, что при моделировании не нужно учитывать, с какой РСУБД будет работать приложение. В ряде ситуаций предварительная осведомленность о РСУБД, которая будет использоваться для управления базой данных, может повлиять на процесс моделирования данных. ВАЖНОСТЬ МОДЕЛИРОВАНИЯ ДАННЫХ Почему так важно иметь эффективные модели данных? Во-первых, эффективная модель данных способна обеспечить более высокую производительность, особенно для систем оперативной обработки транзакций (online transactional systems, OLTP). Вовторых, эффективная модель данных гарантирует создание хорошо документированной, масштабируемой базы данных. Если пренебречь разработкой эффективной модели данных, то вам придется помучиться, когда дело дойдет до добавления в модель новых данных; в конце концов, пострадает ваша физическая база данных. ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ Эффективное моделирование данных обеспечивает высокую производительность работы РСУБД, Во-первых, выполнение стандартных правил моделирования данных поможет вам устранить алогичности данных, например, их дублирование, что в конечном итоге поможет избежать необходимости встраивания в приложение дополнительной логики для обработки этих алогичностей. Кроме того, при хранении данных в структурированном формате ядро запросов может найти и извлечь данные быстрее, чем в том случае, если они хранятся в плоском файле или являются плохо структурированными. Это обусловливает более высокую производительность вашего приложения и/или отчетов. ДОСТУПНОСТЬ ДАННЫХ Эффективная модель данных делает данные, хранящиеся в вашей базе данных, более понятными. Если ваши сущности и таблицы хорошо определены и правильно классифицируют данные, с которыми вам приходится работать, то анализ этих данных посредством отчетов или через хранилище данных будет существенно более простым и эффективным. Если вы не можете найти данные, то вы не сможете их использовать. Одним из главных преимуществ надежной, хорошо продуманной модели данных реализуется в процессе разработки физической базы данных. Это особенно заметно в масштабных проектах, над которыми может одновременно работать несколько разработчиков: комплексные модели данных позволят каждому из разработчиков работать над своей секцией базы данных, не теряя из виду всей базы данных в целом. Это поможет предотвратить дублирование заданий, обеспечит дополнительную гибкость в назначении разработчиков и более быструю и сплоченную работу в фазе разработки, по крайней мере, в отношении базы данных. СОЗДАНИЕ МОДЕЛИ ДАННЫХ Чтобы на деле приступить к созданию моделей данных, вам необходимо иметь представление о сущностях, атрибутах и отношениях. Эти понятия являются кирпичиками, из которых строятся модели данных. Мы подробно рассмотрим каждую из структур и расскажем о том, как использовать их для построения логической модели. СУЩНОСТИ Сущности - это главные объекты, которые используются в модели данных. Сущность - это представление, или результат классификации, отдельного типа данных. Клиенты, заказы, продажи, изделия - все это примеры сущностей. Логически каждая сущность представляет собой набор экземпляров определенного типа данных. Экземпляр - это одно вхождение упомянутого фрагмента данных. Чтобы лучше разобраться в этих понятиях, вспомните отношение строк к таблицам в физической базе данных: строки относятся к таблицам так же, как экземпляры к сущностям. Обратите внимание на то, что, хотя между таблицами/строками и сущностями/экземплярами есть определенное сходство, не поддавайтесь искушению всегда воспринимать сущности как таблицы. Не забывайте, что сущность - это логическое представление некоторого типа данных, а таблица - это физическая структура хранения для данных. Наконец, одна сущность может быть физически реализована как одна или более таблиц, и, наоборот, одна физическая таблица может включать несколько сущностей (хотя и чрезвычайно редко). Анализируя требования к модели данных и пытаясь определить, какие фрагменты информации необходимо отнести к сущностям, ищите ключевые слова, например, заказчик, производитель, изделие и т. п. Обычно это имена существительные, которые упоминаются в интервью с пользователями, и заметки, сделанные в ходе наблюдений. Не забывайте о простом практическом правиле: существительные означают сущности. Если вы видите, что какой-либо тип данных описывается как элемент или объект, то этот тип данных обычно и будет искомой сущностью. АТРИБУТЫ Атрибут - это дескриптор конкретного экземпляра в сущности. Сущность обычно имеет несколько атрибутов. Предположим, например, что мы создали сущность с именем ОшейникДляСобак, представляющую ошейники для собак, которые продает магазин товаров для животных. Каждый ошейник имеет набор физических атрибутов (признаков): цвет, длина, ширина и т. п. Эти атрибуты будут атрибутами и для данной сущности: Цвет, Длина, Ширина, Торговая Марка и т. д. В процессе конструирования модели данных для каждой сущности будет определен набор атрибутов, описывающих данные, которые хранит эта сущность. С атрибутами связана весьма специфическая проблема, которую необходимо решить какой именно сущности "принадлежит" данный атрибут. Эту ошибку совершают, в основном, при проектировании приложения (и его модели данных/базы данных) на основе физического процесса (который в настоящее время не связан ни с каким приложением). В классическом примере с розничной торговлей информация о клиенте (номер телефона и адрес) часто хранится вместе с каждой записью, которую делает клиент. При создании модели данных нетрудно ошибочно преобразовать ее в физическую документацию (например, в виде таблицы) непосредственно в сущностях. В примере с заказами сущность Заказы может иметь присоединенные атрибуты клиента. С логической точки зрения это неправильно. Заказ - это логический фрагмент данных, или объект, а клиент логический объект. Атрибуты Номер Телефона и Адрес должны ассоциироваться с клиентом, а не с заказом. ОТНОШЕНИЕ В основе реляционных баз данных лежит концепция о том, что данные в базе данных ссылаются на другие порции данных в той же базе данных, или связаны с ними. Работа с базой данных, в которой не определены отношения, напоминает ситуацию, в которой все квитанции, платежные чеки и финансовые отчеты сваливаются на хранение в одну большую корзину. Если вы не знаете, как эти порции документов относятся друг к другу, то как вы сможете управлять своими финансами или платить налоги? Если в вашей модели данных не определены отношения, то ситуация ничуть не лучше: различные сущности и их атрибуты должны быть связаны с другими сущностями и атрибутами, и нам придется документировать все эти отношения. В модели данных существует три основных типа логических отношений: один к одному, один ко многим и многие ко многим. Каждый тип отношений описывает особый способ связи двух порций данных. Отношение "один к одному" Отношение "один к одному", наверное, проще всего для понимания, но, к сожалению, не слишком часто используется. Отношение " один к одному" означает, что для каждого экземпляра родительской сущности существует один и только один, не больше и не меньше, экземпляр в дочерней сущности. Эту ситуацию можно сравнить с игрой в мяч: в каждый момент только один игрок может бросить мяч, и только один игрок реально может его поймать. Отношение "один ко многим" Этот тип отношения - самый распространенный тип отношений и именно с ним знакомы большинство людей. В отношении " один ко многим" один экземпляр в родительской сущности относится ко многим экземплярам в дочерней сущности. На практике этот тип отношения можно назвать отношением "один к одному или более", поскольку обычно в дочерней сущности есть хотя бы один значимый экземпляр, но их может быть больше. В семантическом отношении это более важно при моделировании физической базы данных, поскольку в функциональном определении необходимо точно указать, сколько записей имеется в родительской сущности (таблице) и сколько в дочерней. Простейший пример отношения "один ко многим" - это модель заказа и информации по заказу. Для каждого экземпляра заказа в сущности Заказы может быть несколько позиций, каждая из которых является экземпляром в дочерней сущности Информация по Заказу. Отношение "многие ко многим" Из трех основных типов отношений отношение "многие ко многим" является самым трудным для понимания и обычно самым трудным для моделирования. Отношение "многие ко многим" имеет место, если один (или более) экземпляров в родительской сущности может быть связан с одним (или более) экземплярами в дочерней сущности, и наоборот. Представьте себе, например, модель данных для запасных частей к автомобилям, в частности, сидений для автомобилей класса "седан". В седане используется два типа сидений: сиденье ковшового типа для водителя и пассажира спереди и многоместное неразделенное сиденье для пассажиров в задней части автомобиля. Поэтому в модели данных, по-моему, должна быть сущность Модели для седана, а сущность Сиденья для сидений. Сначала это выглядит как отношение "один ко многим" от сущности Модели к сущности Сиденья. Однако многие производители автомобилей используют одни и те же сиденья в различных моделях. Поэтому речь идет об отношении между несколькими экземплярами сущности Модели и несколькими экземплярами сущности Сиденья. Принципиально, это и есть отношение "многие ко многим". Здесь мы снова имеем дело с логической версией этого отношения, которое физически реализуется в базе данных как отношение "многие ко многим", требует использования третьего объекта (таблицы) для физического применения правил, которым подчиняется отношение. По этой причине для того, чтобы во всех аспектах описать существование отношения и поддержать разработку физической базы данных, возможно, хорошей идеей будет моделирование отношения с помощью третьей сущности. ДОМЕНЫ В ходе разработки модели данных и определения атрибутов для каждой сущности почти всегда находятся атрибуты, которые существуют в нескольких сущностях, поскольку являются довольно общими типами данных. Например, можно хранить в базе данных адреса клиентов, поставщиков и сотрудников. Каждый из этих объектов представляет собой явную и отдельную сущность, и для каждого из них необходимо хранить адрес. Чтобы обеспечить непротиворечивость, можно создать домены атрибутов, которые будут одинаковыми во всех сущностях. Домен - это определение атрибута, которое содержится в логической модели, но не привязано непосредственно к какой-либо данной сущности. Если вы создали домен, то можете добавить этот домен к соответствующим сущностям, после чего данный домен отображается в данных сущностях как атрибут. Однако такой атрибут нельзя изменять в данной сущности до тех пор, пока он не будет выделен из домена. Это позволяет гарантировать целостность данных во всех сущностях, имеющих одни и те же атрибуты. Итак, мы можем создать домен "адрес", определяющий тип данных и длину поля для записи адреса. Это немного упростит код приложения, так как всегда известно, как именно вводить информацию об адресе, независимо от сущности. НОРМАЛИЗАЦИЯ Нормализация - это процесс группирования данных логическим образом, позволяющее избежать дублирования и усложненности данных. Существует много уровней (или форм) нормализации, каждый следующий уровень является более строгим, чем предыдущий; мы рассмотрим все формы, чтобы вам было легче разобраться, в какие моменты в процесс вмешиваются ограничения реального мира. Первые правила нормализации были разработаны Е. Ф. Коддом (E. F. Codd), сотрудником исследовательского сектора IBM. Правила применяются как последовательный ряд форм модели данных, причем каждая следующая форма является более строгой, чем предыдущая. Сначала было разработано всего три формы; однако в ходе дальнейших исследований были обнаружены некоторые потенциальные проблемы с обновлением данных, поэтому были добавлены еще две формы, позволяющие избежать этих проблем. Общее название форм - нормальные формы; их названия соответствуют их положению в последовательности за небольшим исключением, о котором речь пойдет далее. ПЕРВАЯ НОРМАЛЬНАЯ ФОРМА (1НФ) Чтобы модель данных соответствовала 1 нормальной форме, все сущности в модели должны иметь первичные ключи. Первичный ключ сущности представляет собой атрибут или набор атрибутов, определяющих уникальный экземпляр в этой сущности. Очевидно, что первичный ключ никогда не может иметь значение null, поскольку это атрибут, определяющий все экземпляры. Кроме того, никакие два экземпляра не могут иметь одинаковые значения в качестве своих первичных ключей. 1 нормальная форма также требует, чтобы в модели не было повторяющихся групп. Повторяющаяся группа - это группа, в которой любой атрибут имеет несколько значений, связанных с одним значением в другом атрибуте того же экземпляра. Если, например, у нас есть сущность Исполнители, в которой хранится информация о записывающих альбомы исполнителях, вероятно, у нас есть и названия записанных ими альбомов. Если какой-либо исполнитель записал более одного альбома, то мы могли бы создать атрибут НазваниеАльбома, в котором хранились бы названия альбомов для каждого исполнителя. Однако на самом деле у вас есть несколько значений одного атрибута (НазваниеАльбома), которые связаны с одним значением (ИмяИсполнителя) для одного экземпляра. Чтобы исправить ситуацию, вам придется выделить альбомы в отдельную сущность и создать отношение между этими двумя сущностями. ВТОРАЯ НОРМАЛЬНАЯ ФОРМА (2НФ) Вторая нормальная форма требует, чтобы все неключевые атрибуты зависели только от всего первичного ключа в целом. Очевидно, что для сущностей, первичный ключ которых состоит из одного атрибута, это не является проблемой. Однако если ваша сущность имеет составной первичный ключ (то есть, первичный ключ состоит более чем из одного атрибута), то вторая нормальная форма требует, чтобы все другие атрибуты в сущности были связаны со всеми атрибутами в первичном ключе. Если имеется атрибут, который связан только с одной частью первичного ключа, то, возможно, этот атрибут является частью другой сущности, с отношением, направленным к данной сущности через внешний ключ. Внешний ключ - это атрибут, который не является ключевым атрибутом в дочерней сущности и определенно соответствует атрибуту первичного ключа в родительской сущности. Хорошим примером является сущность, в которой хранится информация об изделиях. Например, у нас есть сущность Изделие, первичным ключом которой является ИдентификаторИзделия (числовой идентификатор изделия), НазваниеИзделия и ИдентификаторСклада (позволяющий идентифицировать место хранения изделия). Остальные атрибуты в данной сущности - это АдресСклада, ОписаниеИзделия, НазваниеПоставщика и ИдентификаторПоставщика. Очевидно, что атрибут АдресСклада не связан непосредственно с именем изделия, потому что склад имеет адрес независимо от того, какие изделия в нем хранятся. Поэтому вполне вероятно, что нужно создать сущность Склад, а сущность Изделия будет иметь отношение к этой сущности, определяющей место хранения каждого изделия. Л. М. Фридман (г. Москва) Содержание учебных предметов, особенно естественнонаучного цикла и математики, можно рассматривать как педагогическую проекцию основ соответствующих наук.Всякая же наука представляет собой единство системы развивающегося знания и деятельности, направленной на достижение этих знаний. Эта деятельность есть процесс разработки идей и методов получения новых знаний. Поэтому любая наука — это не только система добытых ею знаний, фактов, теорий, но и совокупность идей и методов. Изучить основы науки — значит не только усвоить некоторые ее факты и закономерности, теории, но и овладеть ее идеями и методами, притом последнее даже важнее для общего образования, чем первое. Ведь большая часть знаний, усвоенных учениками в школе, потом – после школы – будет ими забыта. И это нормально. А вот идеи и методы, которыми овладеют учащиеся в процессе обучения, никогда не забываются (хотя это может и не осоанаваться), ибо без них невозможно самообучение и самосовершенствование, которыми приходится в современных условиях заниматься каждому разумному выпускнику школы; это с их помощью решаются все задачи и проблемы, ежедневно возникающие перед каждым человеком. Одним из основных методов науки является моделирование. «Наука – пишет академик Н. Н. Моисеев, – только и может иметь дело с моделями, с приближенным описанием действительности, отражающими те или иные стороны реальной действительности» (Моисеев Н. Н. Математические модели экономической науки. М., 1973. С. 5). Моделирование является важнейшим методом научного познания. Метод моделирования используется любой наукой, на всех этапах научного исследования реальных явлений и процессов. Он обладает огромной эвристической силой, ибо с его помощью удается свести изучение сложного к простому, невидимого и неощутимого к видимому и ощутимому, незнакомого к знакомому, т. е. сделать любой, какой угодно сложный объект доступным для тщательного и всестороннего изучения. Возьмем, к примеру, математику. Все математические понятия, такие, как число, функция, уравнение, геометрическая фигура и другие, представляют собой особые модели количественных отношений и пространственных форм окружающего мира. Эти модели математика сконструировала в процессе своего многовекового исторического развития. Но и в настоящее время продолжается конструирование математических моделей, и любое творчество в математике связано с созданием новых моделей. Для изучения и использования построенных моделей в математике разработаны такие особые приемы и способы, как методы решения уравнений, исследования функций, измерения величин и т. д. Все эти методы составляют аппарат математики. ₽ Доставка сэндвичей Subway Саранск!subway13.ru Обучение основам базы данных с нуляpraktikum.yandex.ru Опубликуем!idpluton.ru СДО? Тебе бесплатная работаdist-help.online У Вас готова статья? Студент Аналогичную картину можно увидеть и в других науках. Так, в школьном курсе физики изучаются понятия равномерного и равноускоренного движения, массы и силы тяжести, рассматриваются материальные точки, абсолютно твердые тела и т. п. Все эти понятия и объекты представляют собой физические модели реальных объектов и явлений. В физике также изучаются и методы исследования и использования этих моделей. Однако учащиеся, изучающие математику, физику и другие науки, как правило, ясно не осознают, что они все время имеют дело с моделями. Результаты массовых обследований показывают, что наши учащиеся имеют весьма смутные и ограниченные представления о моделировании и моделях. Между тем, как показывают результаты психологических исследований, явное знакомство учащихся с модельным характером науки, с понятиями моделирования и модели не только способствует формированию у них правильного научного мировоззрения, не только обогащает их методологический аппарат, но и существенно меняет отношение школьников к учебным предметам, к учению, делает их учебную деятельность более осмысленной и продуктивной. Прежде чем рассматривать вопрос об использовании моделирования в обучении, рассмотрим кратко вопрос об использовании моделирования в науке. Когда ученый, изучая какое-то явление, создает его модель, то дальнейшее изучение этого явления производится уже на созданной модели. Исследовав модель, найдя ее свойства и закономерности, получив из них логические следствия, ученый проверяет на практике (в опыте, эксперименте) наличие у изучаемого явления этих следствий. Если практика (опыт) подверждает наличие этих следствий, то это означает, что построенная модель достаточно точная, правильная и ею можно пользоваться для дальнейших исследований и для практики. Если же некоторые следствия не подтверждаются на практике, то это означает, что модель недостаточно точная, не совсем верная. Тогда ученые корректируют, уточняют модель или же заменяют ее другой. Таким образом, процесс научного познания проходят по формуле, указанной еще древнегреческим философом Эвдемом: «Происходит надлежащий переход от чувственного восприятия к мысленному созерцанию и от последнего –к разумному познанию». В науке модели используются для изучения любых объектов, явлений и процессов, для решения самых разных научных и практических задач, для получения новой информации об изучаемом объекте. Поэтому модель обычно определяется как некий объект (система), исследование которого служит средством для получения новых знаний о другом объекте (оригинале). Моделями в этом смысле являются географическая карта, уравнение пути равномерного или равноускоренного движения и т. д., и т. п. В науке используются и материальные модели. Так, И. П. Павлов для изучения и физиологических закономерностей человека использовал собаку, которая в этом случае служила моделью человеческого организма. Или: для того, чтобы установить, как будет вести себя проектируемый самолет в воздухе, строят уменьшенную копию — модель самолета — и продувают ее в аэродинамической трубе. Между моделью и моделируемым объектом (оригиналом) имеется определенное отношение — модельное отношение,показывающее, в каком смысле модель и оригинал подобны, аналогичны друг другу. При этом модель всегда отлична от оригинала, но так как она аналогична (подобна) ему, то можно предполагать, что обнаруженные в модели свойства присущи и оригиналу. В настоящее время модели используются не только в науке, но и в технике, производстве, даже в быту. Поэтому можно говорить о модели в широком смысле,которую можно определить следующим образом. Моделью некоторого объекта А (оригинала) называется объект В, отличный от Л, но в каком-то отношении подобный (аналогичный) А, выбранный или построенный субъектом С по крайней мере для одной из следующих целей. 1) Замена А в некотором мысленном (воображаемом) или реальном действии (процессе), исходя из того, что объект В более удобен, чем А, для этого действия в данных условиях (модель-заместитель). 2) Создание представления обобъекте А (реально существующим или воображаемом) с помощьюобъекта В (модель-представление). 3) Истолкование (интерпретация) объекта А в виде объекта В(модель-интерпретация). 4) Исследование (изучение) свойств и закономерностей объекта А посредством изучения свойств и закономерностей объекта В (модель исследовательская). В обучении используются как раз модели в широком смысле для многих различных целей. Так, например, для решения задачи обычно строят уравнение — модель интерпретации этой задачи. Но эта модель служит и моделью-заместителем, ибо уравнение замещает исходную задачу в процессе ее решения. Указанные виды моделей имеют ряд подвидов. Модели-заместители и исследовательские модели могут быть материальнымии идеальными.Материальные, в свою очередь, делятся на статическиеи динамические(действующие). Статическими моделями в обучении являются модели геометрических тел, пространственные модели молекул и кристаллов в химии и т. п. Динамические модели используются в физике, химии, в трудовом обучении для воспроизводства или имитирования изучаемых явлений или процессов. Идеальные модели делят обычно на три вида: образныеили икониче-ские, знаковые(знаково-символиче-ские) и мысленные(умственные, воображаемые). K образным (иконическим) моделям можно отнести широко используемые в обучении разного рода рисунки, фотографии, схемы, географические карты, планы местности, модель атома в физике, структурные формулы в химии и т. д. Примерами знаковых моделей являются разные уравнения в математике и физике, химические формулы и т. д. Мысленные модели—это представления о каком-то явлении или процессе в форме описания на естественном языке. Модели-представления и модели-интепретации, как правило, являются идеальными моделями. Моделирование — это деятельность по построению и изучению моделей для указанных целей. И, как всякая деятельность, оно имеет внешнее содержание и внутреннюю психическую сущность. Поэтому моделирование органично включено в такие психические процессы, как восприятие, память, мышление, воображение. Мы запоминаем, мыслим, воображаем не только образы ранее воспринятых органами чувств объектов, но и модели (зачастую весьма обобщенные и абстрактные) этих реальных или воображаемых объектов. Рассматривая моделирование с психологической точки зрения, мы должны иначе, чем в теории познания, рассматривать модельное отношение. Там это отношение рассматривается как бинарное,в которое входят оригинал и его модель, и интересуются лишь логическим характером этого отношения. При рассмотрении же моделирования в широком смысле модельное отношение нужно считать тернарнымили даже квартернионным,когда наряду с моделируемым объектом и его моделью рассматривается еще и субъект, который конструирует или выбирает модель, и та цель, ради которой он это делает. Тем самым вопрос об объективной логической сущности модельного отношения на этом уровне рассмотрения просто отпадает: субъект, который выбрал или построил модель оригинала для определенной цели, очевидно, считает, что выбранный или построенный в качестве модели объект пригоден для этой цели и, следовательно, он подобен в нужном отношении оригиналу, обладает тем свойством, которое делает его пригодным для указанной цели. Обладает ли этот объект-модель фактически подобием оригиналу, субъекту может быть и неизвестно. Это выявляется лишь косвенно после использования модели1. Модели и моделирование в обучении могут использоваться для следующих дидактическихцелей. 1.Для ознакомления учащихся с модельным характером наукисле дует всякий раз, приступая к изучению какого-то явления или процес са, рассказывать, ак с помощью построения моделей этого явления или процесса, были изучены их свойства и особенности, какие из этих моделей являются наиболее дачными и почему. При этом уже средних классах можно дать учащимся первое упрощенное определение модели, рассказать о модельном характере научного изучения еальных явлений. В последующем пределение модели следует уточнить и каждый раз, изучая то или ное понятие, подчеркивать его модельный характер. 2. Однако всего этого недостаточно для того, чтобы учащиеся овладели методом моделирования. Нужно, чтобы они сами строили модели, использовали моделирование для разных целей и чтобы при этом они явно знали, осознавали, что они строят модели и используют моделирование. Так, например, строя по условиям задачи ее краткую схематическую запись, они должны знать, что это модель задачи, а не просто ее запись, а уравнение, полученное по условию задачи, есть другая модель той же задачи. Первая модель — это модель-заместитель задачи, а вторая — модель-интерпретация задачи. 3.Модели и моделирование могут использоваться в качестве эффективных средств наглядности.Ведь любая модель в той или иной степени обладает свойством наглядности для того, кто разработал эту модель, и, для тех, кто понимает, что она является моделью определенного объекта. Любая модель наглядна потому, что она есть чувственно воспринимаемое воплощение психического образа моделируемого объекта. Ведь разработчик модели предварительно создал у себя наглядный психический образ оригинала и воплотил этот образ в виде материальной или идеальной модели (иконической, знаковой, словесного описания мысленного образа). Поэтому для него эта модель, в любом ее виде, вполне наглядна. Но эта модель наглядна и для любого другого человека, который понял сущность данной модели и тем самым как бы стал ее создателем. Однако следует иметь в виду, что наглядность модели отличается отнаглядности обычных объектов (реальных или воображаемых). Когда мы чувственно воспринимаем какой-то материальный предмет, скажем, стол, или реальное явление, скажем, дождь, снег, или воображаем этот стол или дождь, то у нас возникает образ именно этого стола, картина данного дождя в их конкретности со всеми их особенностями. Когда же мы воспринимаем модель, созданную нами или не нами, но нами понятую, усвоенную, то унас возникает наглядный обобщенный образ существенных свойств моделируемого объекта, отраженных в модели. Все остальные свойства, несущественные в данном случае, в модели отсутствуют, они были отброшены при моделировании. Следовательно, модели дают возможность создания у учащихся таких наглядных образов изучаемых объектов, которые выражают самые существенные свойства этих объектов, их внутреннюю структуру, их сущность. Чем менее материальна модель, тем более значимые свойства оригинала она отражает. Конечно, такой наглядный образ создается лишь у тех учащихся, которые поняли данную модель. 4. Модели и моделирование могут использоваться как средство запоминания учебного материала. Для этого следует строить схемы изученного учебного материала, при этом целесообразно, чтобы эти схемы строили сами учащиеся индивидуально, а еще лучше бригадами. Затем построение модели-схемы -обсуждаются на заключительном уроке соответствующей темы. 5. Модели-схемы содержания учебной темы могут использоваться и для введения учащихся в эту тему, как это делал В. Ф. Шаталов в виде «листа опорных сигналов». Однако эти схемы не должны быть слишком сложными, не должны быть похожи на ребусы, а должны быть ясными и понятными учащимся. Всегда, когда нужно познакомить учащихся с каким-либо абстрактным понятием или с отношением между реальными объектами, целесообразно использовать модель, конкретизирующую это понятие или отношение, тем самым материализовать в виде предметной или знаковой модели это понятие или отношение. Ведь иначе учащиеся не смогут оперировать этими понятиями и отношениями. Таким образом, мы видим, что моделирование в обучении может использоваться в явном виде, с применением при этом термина «модель» и «моделирование», во-первых, для того, чтобы учащиеся овладели методом моделирования как важнейшим методом познания, а во-вторых, как учебным средством для многих дидактических целей.
