تعريف النماذج العلمية

النماذج ذات أهمية مركزية في العديد من السياقات العلمية فمركزية النماذج مثل النماذج التضخمية في علم الكونيات ونماذج الدوران العام للمناخ

العالم

ي ونموذج

الحلزون

المزدوج للحمض النووي والنماذج التطورية في علم الأحياء والنماذج القائمة على العوامل في العلوم الاجتماعية ونماذج

التوازن

العام للأسواق في المجالات الخاصة بهم.

في العلم النموذج هو تمثيل لفكرة أو كائن أو حتى عملية أو نظام يُستخدم لوصف وشرح الظواهر التي لا يمكن تجربتها بشكل مباشر وتعد النماذج أساسية لما يفعله العلماء سواء في أبحاثهم أو عند توصيل تفسيراتهم والنماذج هي طريقة ذهنية بصرية لربط النظرية بالتجربة وهي توجه البحث من خلال كونها تمثيلات مبسطة لواقع متخيل يتيح تطوير التنبؤات واختبارها بالتجربة.

لماذا يستخدم العلماء النماذج؟

للنماذج مجموعة متنوعة من الاستخدامات من توفير طريقة لشرح البيانات المعقدة إلى تقديمها كفرضية وقد يكون هناك أكثر من نموذج اقترحه العلماء لشرح أو التنبؤ بما قد يحدث في ظروف معينة وغالباً ما يجادل العلماء حول “صحة” نموذجهم وفي هذه العملية سيتطور النموذج أو يتم رفضه وبالتالي تعتبر النماذج أساسية في عملية بناء

المعرفة

في العلوم وتوضح كيف أن المعرفة العلمية مؤقتة.

فكر في نموذج يُظهر الأرض كرة أرضية حتى عام 2005 كانت الكرات الأرضية دائماً تمثيل مميز لما كنا نظن أن الكوكب يبدو عليه (في عام 2005، تم إنتاج أول كرة أرضية تستخدم صور الأقمار الصناعية من وكالة ناسا) أول كرة أرضية معروفة تم صنعها (في 150 قبل الميلاد) لم تكن دقيقة للغاية وتم بناء الكرة الأرضية في اليونان

لذا ربما لم تظهر سوى مساحة صغيرة من الأرض في أوروبا ولم تكن أستراليا أو

الصين

أو نيوزيلندا عليها نظراً لأن مقدار المعرفة قد تراكم على مدى مئات السنين فقد تحسن النموذج حتى بحلول

الوقت

الذي تم فيه إنتاج كرة أرضية مصنوعة من صور حقيقية ولم يكن هناك فرق ملحوظ بين التمثيل والشيء الحقيقي.

يبدأ العلماء بكمية صغيرة من البيانات ويبنون تمثيلاً أفضل وأفضل للظواهر التي يشرحونها أو يستخدمونها للتنبؤ مع مرور الوقت وفي هذه الأيام من المرجح أن تكون العديد من النماذج رياضية ويتم تشغيلها على أجهزة

الكمبيوتر

بدلاً من أن تكون تمثيلاً مرئياً لكن المبدأ هو نفسه.

ما أهمية النماذج العلمية

عندما تسمع كلمة نموذج ربما تفكر في سيارة تشبه لعبة أو

طائرة

هي نسخة أصغر من الشيء الحقيقي فالنماذج العلمية هي تمثيلات للأشياء أو الأنظمة أو الأحداث وتستخدم كأدوات لفهم العالم الطبيعي تستخدم النماذج كائنات مألوفة لتمثيل أشياء غير مألوفة.

يمكن أن تساعدك النماذج على تصور أو تصوير شيء يصعب رؤيته أو فهمه في عقلك حيث يمكن للنماذج أن تساعد العلماء على توصيل أفكارهم وفهم العمليات وعمل التنبؤات وهناك بعض الأمثلة التي تمثل النماذج.

الأشياء الصغيرة جداً بحيث لا يمكن رؤيتها: نموذج ذرة أو خلية.
الأشياء الكبيرة جداً بحيث لا يمكن رؤيتها: نموذج الكواكب.
الأشياء التي لم تعد موجودة: نموذج ديناصور.
الأشياء التي لم يتم اختراعها بعد: نماذج أولية مثل نموذج إنسان آلي.
الأحداث التي تحدث ببطء شديد بحيث لا يمكن رؤيتها: نموذج تكوين الجبال.
الأحداث التي تحدث بسرعة لا يمكن رؤيتها: نموذج للتنبؤ بحدوث زلزال.
الأحداث التي لم تحدث بعد: نماذج أنظمة الطقس.

مزايا وقيود النماذج

التفاصيل:

لا يمكن أن تتضمن النماذج كافة تفاصيل الكائنات التي تمثلها على سبيل المثال لا يمكن أن تتضمن الخرائط جميع تفاصيل ميزات الأرض مثل الجبال والوديان وما إلى ذلك.
التقديرات التقريبية:

تتضمن معظم النماذج بعض التقريبات كطريقة ملائمة لوصف شيء يحدث في الطبيعة هذه التقريبات ليست دقيقة لذا فإن التنبؤات المستندة إليها تميل إلى أن تكون مختلفة قليلاً عما تلاحظه بالفعل حيث لا تتصرف النماذج تماماً مثل الأشياء التي تمثلها.
الدقة:

من أجل جعل النماذج مبسطة بدرجة كافية لتوصيل الأفكار فقد بعض الدقة على سبيل المثال لا تُظهر نماذج الذرات الكروية والعصا كل التفاصيل التي يعرفها العلماء عن بنية الذرة.

مزايا أنواع النماذج الثلاثة وحدود إمكاناته

النموذج المادي

النماذج التي يمكنك رؤيتها ولمسها تسمى النماذج المادية حيث توضح النماذج المادية كيفية ارتباط الأجزاء ببعضها البعض حيث يمكن استخدامها أيضاً لإظهار كيف تظهر الأشياء عندما تغير موقعها أو كيف تتفاعل عندما تعمل القوى الخارجية عليها وتشمل الأمثلة نموذجاً للنظام الشمسي أو كرة أرضية أو نموذجاً لجذع الإنسان.

المزايا:

يحتاج إلى وقت كبير في عمله.
يصعب إجراء تعديل عليه.

النموذج الفكري

يتكون النموذج الفكري من المعادلات والبيانات الرياضية حيث تسمح لك النماذج الرياضية البسيطة بحساب الأشياء مثل عدد الأميال في الساعة التي ستقطعها

السيارة

والنماذج الرياضية الأخرى معقدة للغاية لدرجة أن هناك حاجة لبرامج الكمبيوتر لإنشائها ونماذج الكمبيوتر مفيدة في نمذجة الأحداث التي تستغرق وقتاً طويلاً مثل حركة الصفائح التكتونية كما أنها مفيدة أيضاً في نمذجة الأحداث التي تحدث بسرعة كبيرة جداً بحيث لا يمكن رؤيتها مثل التنبؤ بالزلازل

وتقوم أجهزة الكمبيوتر أيضاً بنمذجة حركات ومواقف الأشياء التي قد تستغرق

ساعات

أو أياماً لحسابها يدوياً أو من خلال استخدام آلة حاسبة ويعد استخدام العلماء لنماذج الكمبيوتر للمساعدة في التنبؤ بالطقس بناءً على حركة التيارات الهوائية في الغلاف الجوي مثالاً على استخدام نماذج الكمبيوتر للتنبؤ بتأثير الأنظمة أو القوى المختلفة.

المزايا:

القدرة على إظهار العلاقات والأفكار المجردة.
هناك صعوبة كبيرة في فهم النموذج الفكري

النموذج الحاسوبي

تقوم النماذج المفاهيمية الحاسوبية بإجراء مقارنات مع الأشياء المألوفة للمساعدة في توضيح أو شرح فكرة حيث يمكن أن تكون النماذج المفاهيمية أيضاً نظاماً للأفكار ويعد نظام التصنيف المستخدم لتصنيف الكائنات الحية مثالاً على النموذج المفاهيمي الحاسوبي في نظام التصنيف ويصنف العلماء الكائنات الحية حسب أوجه التشابه ومثال آخر للنموذج المفاهيمي هو نموذج بور للذرة حيث تدور الإلكترونات حول نواة الذرة بالطريقة التي تدور بها الكواكب حول الشمس.

إظهار التغيرات البطيئة والسريعة.
إعادة العرض أكثر من مرة.
لا يقوم بإظهار العلاقات الفراغية بصورة جيدة.

سبب استخدام النماذج

تُستخدم النماذج للتواصل:

تُستخدم النماذج لتوصيل الملاحظات والأفكار لأشخاص آخرين حيث تساعد النماذج الناس على تصور الأفكار أو المفاهيم المجردة.
النماذج هي الحجم المناسب فقط:

تُستخدم النماذج لتمثيل أشياء صغيرة جداً أو كبيرة جداً حيث يمكن أن تساعدك النماذج على تصور الأشياء في عقلك.
تُستخدم النماذج لعمل التنبؤات واختبارها:

يمكن استخدام النماذج لعمل تنبؤات عندما يطور العلماء فرضية يمكنهم استخدام النماذج لاختبار فرضياتهم وإثباتها أو دحضها ويمكن للمهندسين استخدام النماذج للتنبؤ بكيفية أداء اختراعاتهم.
توفر النماذج الوقت والمال والأرواح:

يمكن أن يكون العمل والاختبار مع النماذج أكثر أماناً وأسرع وأقل تكلفة من استخدام الشيء الحقيقي.
النماذج تبني المعرفة العلمية:

يمكن استخدام النماذج للمساعدة في توضيح وشرح النظريات العلمية حيث يمكن أن تساعد النماذج في دعم النظريات العلمية أو إثبات خطأها ويمكن تغيير النماذج أو استبدالها عند تعلم معلومات جديدة مع تقدم

التكنولوجيا

أصبح العلماء قادرين على مراجعة النماذج وتحديثها.[1][2]