Навчальний посібник до практичих занять та самостійної роботи для студентів вищих навчальних закладів в галузі «фізичне виховання, спорт І здоров'я людини»


Моделювання у наукових дослідженнях



Сторінка11/14
Дата конвертації23.10.2016
Розмір2.58 Mb.
ТипНавчальний посібник
1   ...   6   7   8   9   10   11   12   13   14

Моделювання у наукових дослідженнях


Слово "модель" походить від слова "modulus" - міра, зразок. Воно має безліч значень і відтінків і використовується як у професійній і науковій діяльності, так і в повсякденному житті.

У наукових дослідженнях модель - це створений людиною штучний об'єкт або явище, що відображає основні властивості реального об'єкта чи явища. Досліджуючи властивості моделі, людина отримує нові знання про реальний об'єкт чи явище. 

При навчанні модель використовується як засіб наочності для отримання знань про реальний об'єкт, наприклад, моделі функціонування гемоциркуляторної системи, нейронів, стрибків висоту та ін. Вартість моделі незрівнянно менше вартості реального будівельного об'єкта, однак, добре виконана модель дає прекрасне просторове уявлення про процес проходження реабілітаційних та тренувальних заходів досліджуваного об'єкту.

Моделі будуються на основі аналогій і теорії подібності при допомозі формалізації аналізу отриманих даних. Вивчення працездатності об'єкта на моделях називається моделюванням. Розрізняють пряме моделювання та метод аналогій. 

Формалізація (від лат. formalis — складений за певною формою)

це певний перехід від реального об’єкту дослідження до його знакової моделі, у процесі якого всі змістові терміни і твердження теорії замінюються логічними або математичними символами і формулами.



Пряме моделювання ґрунтується на заміщенні досліджуваного реального об'єкта або якогось явища подібним об'єктом або процесом тієї ж фізичної природи.

Метод аналогій використовується при моделюванні більш складних систем, наприклад, адаптація організму до впливу факторів навколишнього середовища. Ці складні процеси важко, а часом і неможливо, моделювати безпосередньо. Тому реально відбуваються процеси та системи замінюють процесами і системами іншої фізичної природи, але мають ідентичне (адекватне) математичний опис. Найчастіше це математичний опис або математична модель. 

Подоба і моделювання в наукових дослідженнях

Методи теорії подібності і моделювання широко застосовуються в різних наукових дослідженнях. Моделювання можна визначити як практичного або теоретичного опосередкованого оперування об'єктом.

При моделюванні важлива та допомога, яку воно надає при розтині якісних і кількісних властивостей явищ однакової фізичної природи і явищ, різнорідних по своїй фізичній суті. У природі внаслідок її матеріальної єдності є деякі загальні співвідношення і найпростіші форми, що дозволяє робити широкі практичні узагальнення, в ряді випадків відволікаючись в процесі пізнання від деталей відбуваються явищ. Таким чином, при моделюванні завжди повинні бути присутніми деякі співвідношення, що встановлюють умови переходу від моделі до досліджуваного об'єкта (оригіналу). Такі співвідношення носять назву масштабів. Моделювання включає наукові дослідження, спрямовані на вирішення як загально філософських і загальнонаукових проблем (перший аспект), так і на вирішення конкретних науково-технічних завдань (другий аспект), де моделювання виступає як інструмент дослідження. Прийоми аналізу і апарат рішення при цьому різні, але метод однаково вимагає встановлення критеріїв подібності, тобто словесної або математичної формулювання тих умов, при яких модель може вважатися закономірно відбиває (в тому чи іншому сенсі) оригінал. 

Подобу явищ, що характеризується відповідністю (в окремому випадку пропорційністю) величин, що беруть участь в досліджуваних явищах, що відбуваються в оригіналах і в моделях, за ступенем відповідності параметрів моделі і оригіналу може бути трьох видів. 

Абсолютна подібність, що вимагає повної тотожності станів або явищ у просторі та часі, являє собою абстрактне поняття, що реалізовується тільки умоглядно. 

Повне подобу - подоба тих процесів, що протікають у часі і просторі, які достатньо повно для цілей даного дослідження визначають досліджуване явище. 

Неповне подобу пов'язано з вивченням процесів тільки в часі або тільки в просторі. Так, електромеханічні процеси в синхронному генераторі можуть бути подібні в часі, без дотримання геометричної подоби полів всередині машини. 

Наближене подобу реалізується при деяких спрощують припущеннях, призводять до спотворень, заздалегідь оцінюваним кількісно. 

З точки зору адекватності фізичної природи моделі й оригіналу моделювання може бути фізична, здійснюване при однаковій фізичній природі досліджуваних явищ; аналогове, що вимагає відповідності в тому чи іншому сенсі параметрів порівнюваних процесів. 

Методи моделювання

На основі вивчення внутрішньої логіки розвитку конкретної наукової дисципліни дослідник конструює відповідну її історично - логічну модель. Потім відповідно до цієї моделлю прогнозується дозвіл певних колізій у ситуаціях, що володіють з нею спільністю властивостей. Популярність логічних моделей-образів, конструйованих за допомогою методу історичної аналогії, тримається не тільки на традиціях, але і на багатьох добре відомих історикам природознавства актах наступності в розвитку наукових принципів і ідей.

Разом з тим для прогнозування і планування нової технології і нових науково-дослідних робіт вельми важливо кількісно визначено оцінити обсяг, повноту і ефективність використання накопиченого досвіду, конкретні тенденції до поглинання даною галуззю нових наукових результатів, у тому числі і отриманих фундаментальними науками. Актуальність цієї проблеми зумовлена ​​різким зростанням в сучасну епоху темпами морального старіння технологій. 

Сукупність цілей, засобів і передумов для вирішення тих чи інших наукових проблем може бути представлена ​​і більш строго інтерпретованої моделлю - прогнозними графом. Кожен отриманий елемент моделі (подія складається з опису на мові відповідного класифікатора); системи кількісних оцінок даної події (умовна ймовірність, час звершення, значимість, вартість); визначників причинно-наслідкових зв'язків даної події з подіями верхнього та нижнього по відношенню до нього рівнів. З такого роду елементів будується модель науково-технічного прогресу, що представляє собою орієнтований граф. 

Модель описаного виду реалізована в практиці прогнозних робіт Інституту кібернетики. Вона дозволяє стежити за ходом науково технічного розвитку конкретної проблемної області, аналізувати тенденції і оцінювати сукупності завдань (ситуації), синтезувати прогнозні варіанти тих чи інших змін в ситуаціях і оцінювати наслідки цих змін. Математичне забезпечення моделі базується на обчислювальних процедурах та алгоритмах (методу максимальних можливостей). 

Специфічно важлива роль у всій викладається концепції прогнозування належить методам інформаційного моделювання. Характерні властивості масових потоків науково-технічної інформації зумовлюють ряд можливостей аналізу тенденцій прогресу науки і техніки з інформаційних сигналах - по зміні кількісних і структурних параметрів цих потоків. 

В останні роки увагу наукознавців привертають можливості використання для аналізу досвіду розвитку науки методів дослідження операцій. Стосовно до завдань програмних та організаційних прогнозів подібний підхід починає складатися в спроби створення економіко-математичних моделей вибору варіантів розвитку і доцільного розподілу ресурсів, що досить актуально з точки зору подальшого використання прогнозних даних. 

Види моделей

Теорія подібності і моделювання, що є, по суті, теорією постановки і обробки проводяться експериментальних і аналітичних досліджень, здатна значною мірою вирішити багато виникаючі при цьому труднощі. Однак подібність і моделювання не можуть ставати і не стали окремою (спеціальної) наукою, хоча в гносеологічному плані виділяють деякі загальні властивості, властиві всім моделям. Ці властивості полягають у наявності деякої структури статичної та динамічної, яка подібна або розглядається в якості подібної структури іншої системи. Будь-яка модель, таким чином, знаходиться у відповідності з досліджуваним об'єктом або який-небудь з його сторін. У процесі вивчення модель служить відносно самостійним «квазіоб'ектом», що дозволяє отримати при його дослідженні деякі знання про самого досліджуваному об'єкті. 

Концептуальні моделі припускають розробку і використання моделей, формованих спостереження в процесі навчання і спостереження за об'єктом під час його функціонування. Моделі дозволяють оцінювати значимість властивостей цілісності, виявляти властивості системи і приходити до деяких стан, обумовлений її власною структурою. Іноді виділяють логічні моделі, які будуються за допомогою апарату математичної логіки, а формальне побудова використовується далі для змістовної їх інтерпретації. 

Кібернетичні моделі ґрунтуються на отриманні співвідношень між вхідними та вихідними функціями для якогось чорного або сірого ящика, що представляє досліджуване явище, без розкриття його внутрішньої структури. 

Квазіаналогові моделі та електронні моделі займаються синтезом ланцюгів, які є моделями різних об'єктів, мають особливо велике значення в даний час при вирішенні завдань, що виникають при проектуванні та експлуатації великих систем наприклад реабілітаційного процесу великих груп людей. 

Електронне моделювання дозволяє успішно вирішувати задачі об'єктів і явищ шляхом створення моделі з комбінованих операційних блоків і проведення синтезу моделей. Набір універсальних комбінаційних операційних блоків дозволяє створювати універсальні та спеціалізовані аналогові машини (АВМ), пов'язані з універсальними цифровими обчислювальними машинами (ЕОМ). 

Останнім часом багато уваги приділяється задачам синтезу на відміну від завдань аналізу. Синтез вимагає не просто визначення характеру процесу при заданих його початкових умовах, але визначення таких впливі на систему (і таке її моделювання), при яких вдалося б виявити характер і величину впливі, що забезпечують в даній системі такий характер процесів, який бажано надати процесам в проектованої або вже функціонуючої системі. 

Модель відкриває великі можливості перевіряти передумови різних співвідношень і допущень, прийнятих при математичному описі різних процесів, що виникають в надзвичайних умовах, і відтворювати всі дії персоналу в умовах, близьких до природних, необхідних для усунення надзвичайних ситуації, тобто здійснити психологічне моделювання операції.

Чисельне моделювання на комп'ютері. Цей різновид моделювання ґрунтується на раніше вивченій математичній моделі досліджуваного об'єкта або без фізичного втручання в об’єкт дослідження, що дає можливість наприклад у фізичній реабілітації проаналізувати поведінку реального об’єкта при реабілітації без шкоди для нього.



Фізична і аналогова подоба в моделюванні

Поставлене ​​завдання може бути здійснене:

1) при натуральному моделюванні, коли в об'єкт, що підлягає дослідженню, не вносять змін і не створюють спеціальних установок (виробничий експеримент); при моделюванні, здійснюваному шляхом узагальнення відомостей про явища або окремих процесах, що відбуваються в натурі, і т. д.;

2) на спеціальних моделях і стендах. 

Фізична модель (наприклад серце) являє собою фізичну копію в масштабі до фізично реальної системи. Для всякої моделі завжди чітко формулюється коло завдань, яке вирішуватиметься з її допомогою. Це виявляє ті частини системи, які повинні бути відтворені на моделі з найбільшою повнотою і точністю, необхідними теорією подібності (умови дотримання критеріїв подібності) і практичною необхідністю. 

Рекомендована література:

1. Артемчук Г.І., Курило В.М., Кочерган М.П. Методика організації науково-дослідницької роботи.-К.: Форум, 2000.

2. Душинський В.В. Основи наукових досліджень. Теорія і практика з програмним забезпеченням. - Навч. посіб. - Київ: КПІ 1998. - 408с.

3. Ковальчук В.В., Маїсєєв Л.М. Основи наукових досліджень: Навчальний посібник.- К.: ВД «Професіонал», 2004.- 208с.

4. Максименко С.Д., Філоненко М.М. Методичні рекомендації «Науково-досліницька діяльність студентів». –Київ, 2013.-64 с.

5. Пилипчук М.І., Григор'єв A.C., Шостак В.В. Основи наукових досліджень. -Підручник, Київ „Знання". - 2007. - 270с.

6. Моделювання в науково-технічних дослідженнях. / А. Н. Лебедєв. - М.: Радіо і зв'язок, 1989.

7. Моделювання в науковому пізнанні. / Р. А. Браже, А. А. Гришина. - Ульянівськ: УлГТУ, 2007. - 58 с. 

8. Основи наукових досліджень: Учеб. посібник / І. Г. Анкудинов, А. М. Митрофанов, О. Л. Соколов. - СПб.: СЗТУ, 2002. - 67 с. 

ПРАКТИЧНЕ ЗАНЯТТЯ 15

СТАТИСТИЧНА ОБРОБКА РЕЗУЛЬТАТІВ ДОСЛІДЖЕННЯ

(Т – КРИТЕРІЙ СТЮДЕНТА).

ФОРМУВАННЯ ГРУП ДОСЛІДЖЕННЯ

(ОСНОВНА І ПОРІВНЯЛЬНА).

РОЗРАХУНОК ЕФЕКТИВНОСТІ ПРОВЕДЕННЯ ДОСЛІДЖЕННЯ.

МЕТА: Оволодіти методологією проведення статистичного аналізу при написанні магістерських та дипломних робіт.

.

ЗАВДАННЯ



Впродовж двох годин аналізуються наступні питання:

  1. Принципи формування груп дослідження.

  2. Освоєння статистичних методів розрахунку дослідження.

Контрольні тести:

І. Для чого передбачена мета статистичного дослідження

1. Вона передбачає визначення притаманних явищу закономірностей та зв’язків цього явища з іншими розробки заходів щодо зниження впливу несприятливих чинників на здоров’я.

2. Вона передбачає визначення комплексу зв’язків між досліджуваними явищами.

3. Для з'ясування в процесі синтезу знань суттєвих зв'язків між досліджуваними об'єктами

4. Для формування висновків

ІІ. Що собою уявляє статистична сукупність

1. Це – множина елементів поєднана певними спільними умовами та причинами.

2. визначення властивостей об'єктів дослідження та перевірка справедливості гіпотез.

3. Забезпечення умов для виконання дослідження.

4. Розроблення шляхів і прийомів фіксування ходу результатів експерименту.

ІІІ. Що собою представляє поточне статистичне дослідження

1. Це виявлення явищ які швидко змінюються впродовж часу і є безперервним процесом і потребує поточної реєстрації.

2. Це з'ясування в процесі синтезу знань суттєвих зв'язків між досліджуваним об'єктом і зовнішнім середовищем.

3. Це поєднання окремих сторін предмета дослідження в єдине ціле.

4. це виявлення відмінностей між об'єктами матеріального світу.

ІV. Що собою представляють одночасні спостереження

1. Відображають стан явищ на певний момент часу, який називають критичний моментом спостереження. Такі спостереження показують статистику явищ , зміна яких йде відносно повільно

2. Це визначення властивостей досліджуваних об'єктів.

3. Це забезпечення умов для виконання дослідження

4. Це розроблення шляхів і прийомів фіксування ходу результатів експерименту.

V. Що собою представляє рендомізація

1. Це – випадковий відбір за допомогою наприклад жеребкування.

2. визначається властивостями об'єктів дослідження та перевірка справедливості гіпотез

3. це всебічне та достовірне вивчення об'єктів дослідження.

4. це виявлення відмінностей між об'єктами матеріального світу.

VІ. Що собою представляє досліджувана група


        1. Це контингент досліджуваних осіб які виконують програму дослідження яку розробив та запропонував магістрант.

        2. Це випадково набраний контингент людей.

        3. Це пацієнти, що хворіють.

        4. це ідеальне відтворення у мовній формі узагальнених уявлень.

VІІ. Що собою представляє порівняльна група

        1. Це контингент досліджуваних осіб які виконують програму дослідження за існуючими загально прийнятими стандартними методами.

        2. Це випадково набраний контингент людей.

        3. Це пацієнти, що хворіють.

        4. це ідеальне відтворення у мовній формі узагальнених уявлень.

Завдання для самостійної роботи:

1. При якому розподілу вибірки застосовують Розрахунок величини t критерію Стюдента?

2. Чому необхідно застосовувати при формуванні груп дослідження принцип рендомізації?

3. Опишіть які методи статистичного дослідження застосовують коли вибірки не відповідають нормальному закону розподілу.

4. Опишіть для чого застосовують кореляційний аналіз.

Теоретичний матеріал до практичного заняття 15

ПЛАН


        1. План та програма статистичного дослідження

2. Методи дослідження

3. Формування груп дослідження (основна і порівняльна)

4. Розрахунок величини t критерію Стюдента

5. Розрахунок ефективності проведення дослідження магістерських робіт

6. Розрахунок ефективності проведення дослідження дипломних робіт

План та програма статистичного дослідження.

Мета статистичного дослідження відповідає на питання «для чого вивчати» ? Вона передбачає визначення притаманних явищу закономірностей та зв’язків цього явища з іншими розробки заходів щодо зниження впливу несприятливих чинників на здоров’я.

Завдання відповідає на питання «що робити» ? Так наприклад завданням статистичного дослідження може бути вивчення впливу екології на рівень захворюваності або смертності в регіоні.

Об’єкт обстеження, це статистична сукупність осіб чи явищ які, що складається з одиниць, фактів які підлягають вивченню. Об’єкт повинен мати межі визначені для вивчення сукупності. Наприклад для вивчення поширенні захворювань і смертності населення потрібно окреслити межі даної сукупності – серед яких груп населення і на якій території проводити вивчення цього явища.

Одиниця спостереження – це складова частина статистичної сукупності ( окрема особа, окреме явище і т.д.), складовий елемент об’єкта якому притаманні ознаки, що підлягають реєстрації та вивченню ( стать, вік, маса тіла, стаж, та інше). Вона повинна бути чітко визначена.

Статистична сукупність – множина елементів поєднана певними спільними умовами та причинами.

Методи дослідження.

Поточне статистичне дослідження – це виявлення явищ які швидко змінюються впродовж часу і є безперервним процесом і потребує поточної реєстрації.

Одночасні спостереження відображають стан явищ на певний момент часу, який називають критичний моментом спостереження. Такі спостереження показують статистику явищ , зміна яких йде відносно повільно.

З точки зору повноти обліку фактів спостереження, дослідження поділяються на на суцільні та часткові.



Суцільні дослідження охоплюють всі одиниці спостереження що входять до складу сукупності, що вивчаються ( так звана генеральна сукупність). Це дуже громіздкий і економічно невигідний метод.

Не суцільне дослідження – вибірка основного масиву одиниць спостереження. Даний метод дозволяє за деякою частиною генеральної сукупності визначати характеристику всієї сукупності.

Вибіркові дослідження, при якому характеристика всієї генеральної сукупності визначаються за деякою її часткою, повинна бути репрезентованою по відношенню до генеральної сукупності в кількісному та якісному плані.

Репрезентативність вибіркової групи досягається правильним підбором одиниць спостереження, якісна характеристика якої забезпечується методом типологічного відбору.

Вибір одиниць спостереження може бути проведений методами :



  • Рендомізація – випадковий відбір за допомогою наприклад жеребкування.

  • Механічного відбору – за певним принципом, наприклад по якомусь закону.

  • Типовим – з усіх сукупностей формують типові об’єкти які потім вивчають.

  • Цілеспрямований відбір – відбирають одиниці спостереження за якоюсь ознакою.

Об’єм вибірки при вибірковому дослідженню визначається згідно умов достовірності проведення статистичного дослідження. Таким чином вибірковий метод дослідження при виконанні умов надійності та достовірності є найбільш досконалим і економічним методом дослідження.

Формування груп дослідження (досліджувана і порівняльна)

При виконанні магістерської роботи, студенти повинні сформувати дві групи доля проведення дослідження, основну і порівняльну. Зміст яких викладається в главі «Організація і методи дослідження».



Досліджувана – це контингент досліджуваних осіб які виконують програму дослідження яку розробив та запропонував магістрант.

Порівняльна - це контингент досліджуваних осіб які виконують програму дослідження за існуючими загально прийнятими стандартними методами.

Формування груп дослідження (основна і порівняльна)

Згідно принципу рендомізації контингент досліджуваних осіб розподіляються до досліджуваної та порівняльної груп жеребкуванням.

Перед початком занять з контингентом досліджуваних осіб проводять об’єктивне клінічне обстеження і виконували комплекс об’єктивних інструментальних досліджень.

Обов’язковою вимогою при формуванні груп перед проведенням досліджень, порівняльна характеристика у досліджуваних показників основної і порівняльної груп при первинному обстеженні повинна бути відсутність статистичної різниці між ними (р>0,05).



Наприклад - досліджуємо життєву ємність легень (ЖЄЛ). В табл. 1 надано дані первинного дослідження.

Таблиця 1

Порівняння досліджуваних показників на початку проведення




Досліджувана група

Порівняльна

група


d

t

р

М±m

М±m

Життєва ємність легень (ЖЄЛ) (л)

дані

3,52±0,21

3,44±0,25

0,08

0,27*

р>0,05

Примітка: d – різниця між середніми значеннями; t – величина критерію Стюдента; М – середнє значення; m – відхилення середнього значення; р – рівень значимості отриманих результатів, при заданій імовірності Р; *- зміна параметру є не достовірною.

Для визначення однорідності досліджуваних груп необхідно розрахувати t величина критерію Стюдента, задавшись р – рівень значимості отримання результатів нашого дослідження при заданій імовірності отримання результатів нашого дослідження Р = 95%, величина критерію Стюдента отримання результатів нашого дослідження відповідає значенню t = 1.96, яке табличне задано [1].

Якщо розрахунковий критерій Стюдента t > 1,96, а значить є різниця між досліджуваними групами, якщо t < 1,96 тоді різниці між досліджуваними групами не існує і можна проводити подальші дослідження з ними.

Приклад розрахунку величини t критерію Стюдента.

В таблиці 2, маємо виміряні величини ЖЄЛ у досліджувані й та порівняльній групі на початку проведення досліджень.



Таблиця 2



Поділіться з Вашими друзьями:
1   ...   6   7   8   9   10   11   12   13   14


База даних захищена авторським правом ©uchika.in.ua 2019
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка