Modelleringsprocessen

Modelleringsprocessen kan beskrivas som en övergång från modeller av en klass till modeller av en annan. Man brukar urskilja tre stora modellklasser: kognitiva, innehållsliga och formella modeller. De utgör tre sammankopplade nivåer av modellering som inte kan betraktas isolerade från varandra. Det ömsesidiga beroendet mellan modelleringsnivåerna hänger samman med modellernas potentialitetsegenskap. Skapandet av varje modell medför nya kunskaper om det undersökta objektet, vilket leder till omvärdering och precisering av koncept och synsätt på modelleringsobjektet på olika nivåer. Detta leder i sin tur till en revidering av motsvarande innehållsliga och kognitiva modeller och säkerställer en spiralformad utveckling av alla modelleringsnivåer för det undersökta objektet.

Kognitiva och innehållsliga modeller

När en forskare observerar ett originalobjekt formas en mental bild av objektet i forskarens huvud – en idealmodell som i den vetenskapliga litteraturen brukar kallas kognitiv (mental, kunskapsbefrämjande). När forskaren formar en sådan modell strävar han eller hon i regel efter att besvara specifika frågor, varför allt onödigt skärs bort från objektets oändligt komplexa struktur i syfte att erhålla en mer kompakt och kortfattad beskrivning. En representation av den kognitiva modellen på naturligt språk kallas innehållslig modell.

Kognitiva modeller är subjektiva, eftersom de formas av forskaren på ett spekulativt sätt utifrån alla hans eller hennes tidigare kunskaper och erfarenheter. En uppfattning om den kognitiva modellen kan bara erhållas genom att beskriva den i teckensystemform. Man kan inte påstå att kognitiva och innehållsliga modeller är ekvivalenta, eftersom de förra kan innehålla element som forskaren inte kan eller inte vill formulera. Samtidigt, om den innehållsliga modellen har formulerats av någon annan eller är ett resultat av kollektivt skapande, kan dess tolkning, förståelsenivå och grad av tillit variera avsevärt beroende på tolkaren. Den innehållsliga modellen kallas ofta för en teknisk problembeskrivning.

Efter funktionella kännetecken och syften indelas innehållsliga modeller i beskrivande, förklarande och prognostiska:

• En beskrivande modell kan betecknas som vilken beskrivning som helst av ett objekt.
• En förklarande modell gör det möjligt att besvara frågan varför något sker.
• En prognostisk modell ska beskriva objektets framtida beteende. Det kan noteras att en prognostisk modell inte behöver innefatta en förklarande modell.

Konceptuella modeller

Med konceptuell modell avses vanligen en innehållslig modell vars formulering bygger på begrepp och föreställningar från de kunskapsområden som studerar modelleringsobjektet.

I vidare bemärkelse förstås med konceptuell modell en innehållslig modell som bygger på en viss koncept eller ett visst synsätt. Tre typer av konceptuella modeller urskiljs: logisk-semantiska, strukturell-funktionella och kausal-konsekutiva.

• En logisk-semantisk modell är en beskrivning av objektet i termer och definitioner från relevanta kunskapsområden, som inkluderar alla kända logiskt icke-motsägelsefulla påståenden och fakta. Analysen av sådana modeller utförs med logikens medel med stöd av den kunskap som ackumulerats inom respektive kunskapsområden.
• Vid konstruktionen av en strukturell-funktionell modell betraktas objektet vanligen som ett sammanhängande system som delas upp i enskilda element eller delsystem. Systemets delar kopplas samman med strukturella relationer som beskriver subordination samt logisk och tidsmässig följd vid lösningen av enskilda uppgifter. För att representera sådana modeller är olika typer av scheman, kartor och diagram användbara.
• En kausal-konsekutiv modell används ofta för att förklara och prognostisera objektets beteende. Dessa modeller är huvudsakligen inriktade på följande: 1) att identifiera de viktigaste sambanden mellan det studerade objektets beståndsdelar; 2) att fastställa hur förändringen av vissa faktorer påverkar modellkomponenternas tillstånd; 3) att förstå hur modellen sammantaget kommer att fungera och huruvida den på ett adekvat sätt beskriver dynamiken hos de parametrar som intresserar forskaren.

Formella modeller

En formell modell är en representation av en konceptuell modell med hjälp av ett eller flera formella språk (exempelvis matematiska teoriers språk, speciella modelleringsspråk eller algoritmiska språk). Inom humaniora avslutas modelleringsprocessen i många fall med skapandet av en konceptuell modell av objektet. Inom naturvetenskapliga discipliner lyckas man i regel konstruera en formell modell.

Om betydelsen av innehållsliga och formella modeller för kunskapsprocessen mer eller mindre uppfattas av forskarna, underskattas ofta de kognitiva modellernas roll. Detta beror på sådana modellers subjektivitet och på att tankeprocessen är dold. Det finns dock objekt och processer för vilka de kognitiva modellernas roll är särskilt stor. Exempelvis styr en operatör eller beslutsfattare ett objekt eller en process huvudsakligen på grundval av sina egna kognitiva modeller. Denna modelltyp spelar också en stor roll inom samhällsvetenskaperna.

Matematisk modellering är en ideal vetenskaplig teckenbaserad formell modellering, vid vilken beskrivningen av objektet sker på matematikens språk och studiet av modellen genomförs med hjälp av olika matematiska metoder.

Varje matematisk modell avsedd för vetenskaplig forskning gör det möjligt att utifrån givna indata finna värdena på de parametrar hos det modellerade objektet eller fenomenet som intresserar forskaren. Man kan därför anta att kärnan i varje sådan modell är en avbildning av en given mängd tilldelningar av indataparametrar på en mängd värden för utdataparametrar. Detta gör det möjligt att betrakta den matematiska modellen som en matematisk operator. Begreppet operator kan tolkas tämligen brett. Det kan vara en funktion som kopplar samman indata- och utdatavärden, eller en avbildning som utgör en symbolisk notation för ett system av algebraiska, differentiella, integro-differentiella eller integralekvationer. Det kan också vara en algoritm, en uppsättning regler eller tabeller som möjliggör bestämning (eller fastställande) av utdataparametrar utifrån givna ingångsvärden.

Att definiera en matematisk modell genom operatorbegreppet är mer konstruktivt ur klassificeringssynpunkt, eftersom det omfattar hela mångfalden av nu tillgängliga matematiska modeller.

Fördelar med matematisk modellering jämfört med naturliga experiment:

• ekonomisk effektivitet (bland annat bevarande av det verkliga systemets resurser);
• möjlighet att modellera hypotetiska, det vill säga i naturen ej realiserade, objekt;
• möjlighet att realisera driftsätt som är farliga eller svåra att reproducera i verkligheten;
• möjlighet att ändra tidsskalan;
• enkelhet i mångfacetterad analys;
• större prognostisk kraft tack vare möjligheten att identifiera generella lagbundenheter;
• universalitet hos den tekniska och programvarumässiga utrustning som används i arbetet (programmeringssystem och allmänna tillämpningsprogrampaket).

En informationsmodell är en modell av ett objekt, representerad i form av information som beskriver de parametrar och variabler hos objektet som är väsentliga för den aktuella analysen, sambanden dem emellan, objektets ingångar och utgångar, och som gör det möjligt att – genom att tillföra modellen information om förändringar i ingångsvärdena – simulera möjliga tillstånd hos objektet.