Modelli ideali e materiali
L'ambiguità del termine «modello», l'enorme numero di tipi di modellazione e il loro rapido sviluppo rendono attualmente difficile costruire una classificazione dei modelli logicamente compiuta e universalmente soddisfacente. Qualsiasi classificazione di questo tipo è convenzionale, poiché riflette, da un lato, il punto di vista soggettivo degli autori e, dall'altro, i limiti delle loro conoscenze in un numero finito di ambiti del sapere scientifico.
Questa classificazione va considerata come un tentativo di costruire uno strumento o un modello per studiare le proprietà e le caratteristiche del processo di modellazione stesso. La modellazione appartiene ai metodi scientifici generali della conoscenza. L'uso della modellazione a livello empirico e teorico della ricerca porta a una divisione convenzionale dei modelli in materiali e ideali.
La modellazione materiale è una modellazione in cui lo studio di un oggetto viene eseguito utilizzando il suo analogo materiale, che riproduce le principali caratteristiche fisiche, geometriche, dinamiche e funzionali dell'oggetto in questione. Le principali varietà di modellazione materiale sono quella fisica in scala reale e quella analogica. Entrambi i tipi di modellazione si basano sulle proprietà della similitudine geometrica o fisica.
La modellazione ideale si distingue da quella materiale per il fatto che non si basa su un'analogia materializzata tra oggetto e modello, ma su un'analogia ideale e concettuale, avendo sempre carattere teorico. La modellazione ideale è primaria rispetto a quella materiale. Prima nella mente dell'uomo si forma il modello ideale, e solo successivamente su di esso si costruisce quello materiale.
Modellazione materiale
Le principali varietà di modellazione materiale sono quella fisica in scala reale e quella analogica. Entrambi i tipi di modellazione si basano sulle proprietà della similitudine geometrica o fisica. Due figure geometriche sono simili se il rapporto di tutte le lunghezze e degli angoli corrispondenti è identico. Se è noto il coefficiente di similitudine — la scala — moltiplicando semplicemente le dimensioni di una figura per il valore della scala si ottengono le dimensioni dell'altra figura geometrica a essa simile. Due fenomeni sono fisicamente simili se, date le caratteristiche dell'uno, è possibile ricavare le caratteristiche dell'altro mediante una semplice conversione, analoga al passaggio da un sistema di unità di misura a un altro. Lo studio delle condizioni di similitudine dei fenomeni è oggetto della teoria della similitudine.
La modellazione fisica in scala reale è una modellazione in cui a un oggetto reale viene associato un suo analogo materiale ingrandito o ridotto, che consente lo studio (di norma in condizioni di laboratorio) con successivo trasferimento delle proprietà dei processi e dei fenomeni studiati dal modello all'oggetto sulla base della teoria della similitudine.
La modellazione analogica è una modellazione basata sull'analogia tra processi e fenomeni di natura fisica diversa, ma descritti in modo formalmente identico (dalle stesse relazioni matematiche, schemi logici e strutturali). Alla base della modellazione analogica vi è la coincidenza delle descrizioni matematiche di oggetti diversi.
I modelli di tipo fisico e analogico costituiscono un riflesso materiale dell'oggetto reale e sono strettamente legati a esso dalle loro caratteristiche geometriche, fisiche e di altra natura. In sostanza, il processo di studio dei modelli di questo tipo si riduce all'esecuzione di una serie di esperimenti in scala reale, in cui al posto dell'oggetto reale viene utilizzato il suo modello fisico o analogico.
Modellazione ideale
La modellazione ideale si divide in due tipi principali: intuitiva e scientifica.
La modellazione intuitiva è una modellazione basata su una rappresentazione intuitiva (non giustificata dal punto di vista della logica formale) dell'oggetto di studio, che non si presta alla formalizzazione o non ne ha bisogno. Come esempio più evidente di modello intuitivo del mondo circostante si può considerare l'esperienza di vita di qualsiasi persona. Qualsiasi conoscenza empirica priva di spiegazione delle cause e dei meccanismi del fenomeno osservato va anch'essa considerata intuitiva.
La modellazione scientifica è sempre una modellazione logicamente fondata, che utilizza un numero minimo di ipotesi assunte sulla base di osservazioni sull'oggetto di modellazione.
La principale differenza tra la modellazione scientifica e quella intuitiva non risiede soltanto nella capacità di eseguire le operazioni e le azioni necessarie alla modellazione in sé, ma anche nella conoscenza dei meccanismi «interni» che vengono impiegati in tale processo. Si può affermare che la modellazione scientifica sa non solo come occorre modellare, ma anche perché bisogna farlo in quel modo. È necessario sottolineare il ruolo straordinariamente importante dell'intuizione e dei modelli intuitivi nella scienza: nessuna conoscenza davvero nuova ne può fare a meno. Quest'ultima è irraggiungibile con i soli metodi della logica formale.
La modellazione intuitiva e quella scientifica (teorica) non possono in alcun modo essere contrapposte l'una all'altra. Si integrano bene reciprocamente, suddividendo i rispettivi ambiti di applicazione.
Si definisce modellazione segnica quella che utilizza come modelli rappresentazioni segni di qualsiasi tipo: schemi, grafici, disegni, insiemi di simboli, includendo anche l'insieme di leggi e regole in base alle quali è possibile operare con le formazioni e gli elementi segnici scelti. Come esempi di tali modelli si possono citare qualsiasi linguaggio, ad esempio: quello della comunicazione umana orale e scritta, quello algoritmico, ecc. La forma segnica viene utilizzata per trasmettere sia la conoscenza scientifica sia quella intuitiva. Anche la modellazione mediante relazioni matematiche costituisce un esempio di modellazione segnica.
La conoscenza intuitiva è il generatore di nuova conoscenza. Tuttavia, non tutte le intuizioni e le idee superano la successiva verifica sperimentale e i metodi della logica formale propri dell'approccio scientifico, che funge da una sorta di filtro per selezionare le conoscenze più preziose.