معلومة

النماذج ، والافتراضات المبسطة ، والربط # - علم الأحياء

النماذج ، والافتراضات المبسطة ، والربط # - علم الأحياء


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

النماذج وتبسيط الافتراضات

إنشاء نماذج لأشياء حقيقية

الحياة معقدة. تقول الحكمة الشائعة: كل النماذج خاطئة ، لكن بعضها مفيد. تأتي النماذج في أشكال متنوعة تشمل على سبيل المثال لا الحصر:

أنواع النماذج

  • النماذج المادية: هذه كائنات ثلاثية الأبعاد يمكننا لمسها.
  • الرسومات: يمكن أن تكون على الورق أو على الكمبيوتر وإما ثنائية الأبعاد أو ثلاثية الأبعاد افتراضية. نحن ننظر إليهم في الغالب.
  • النماذج الرياضية: تصف شيئًا ما في الحياة الواقعية بمصطلحات رياضية. نستخدمها لحساب سلوك الشيء أو العملية التي نريد فهمها.
  • النماذج الشفوية أو المكتوبة: ننقل هذه النماذج بلغة مكتوبة أو منطوقة.
  • النماذج العقلية: نبني هذه النماذج في أذهاننا ونستخدمها لإنشاء أنواع أخرى من النماذج ولفهم العالم.

تبسيط الافتراضات


عادة ، في العلم والحياة اليومية ، نفضل النماذج البسيطة على النماذج المعقدة. ومع ذلك ، فإن إنشاء نماذج بسيطة لأشياء حقيقية معقدة يتطلب منا صنعها تبسيط الافتراضات. باستخدام افتراضات مبسطة في نماذجنا ، نزيل بعض تعقيدات الشيء الحقيقي وبالتالي نبسط التحليل. على سبيل المثال ، قد يقوم شخص ما يحاول تصميم كرة سلة بافتراض مبسط أن الكرة هي كرة مثالية ، متجاهلاً الخطوط بين الألواح الجلدية. عندما لا يتنبأ النموذج المبسط بسلوك الشيء الحقيقي ضمن الحدود المقبولة للتجربة ، فربما تم وضع الكثير من الافتراضات المبسطة (أو أن النموذج خاطئ). عندما يتم اكتساب القليل من القيمة التنبؤية من إضافة المزيد من التفاصيل إلى النموذج ، فمن المحتمل أن يكون الأمر معقدًا للغاية. دعونا نلقي نظرة على أنواع مختلفة من النماذج من مختلف التخصصات والإشارة إلى افتراضاتهم المبسطة.

مثال من الفيزياء: كتلة على مستوى عديم الاحتكاك

شكل 1. سيكون معظم الطلاب الذين درسوا الفيزياء التمهيدية (المدرسة الثانوية أو الكلية) على دراية بهذا الرقم. يمثل الرسم الخطي كتلة مستطيلة (من أي مادة) تجلس على مستوى منحدر عام (يُصوَّر على شكل مثلث). في الفيزياء التمهيدية ، تأتي هذه النماذج دائمًا مع بعض الافتراضات المبسطة. على سبيل المثال ، نبدأ عادةً في تجاهل المواد التي تشكل الكتلة والطائرة. في كثير من الأحيان ، قد نفترض أيضًا ، للراحة ، أن الطائرة عديمة الاحتكاك. تسمح الافتراضات المبسطة للطالب بالتدرب على التفكير في كيفية موازنة القوى المؤثرة على الكتلة عند ارتفاعها في مجال الجاذبية ومعرفة أن السطح الذي تجلس عليه ليس عموديًا على متجه الجاذبية (mg). هذا يبسط الرياضيات ويسمح للطالب بالتركيز على هندسة النموذج وكيفية تمثيل ذلك رياضيًا. قد يقوم النموذج ، وافتراضاته المبسطة ، بعمل جيد بشكل معقول للتنبؤ بسلوك انزلاق مكعب جليدي لأسفل على مستوى منحدر زجاجي ، ولكن من المحتمل أن يؤدي عملًا سيئًا في التنبؤ بسلوك الإسفنج المبلل على مستوى منحدر مغطى بورق الصنفرة . سيتم تبسيط النموذج للسيناريو الأخير.
المصدر: تم إنشاؤه بواسطة Marc T. Facciotti (عمل خاص)

مثال من علم الأحياء: مخطط شريطي للبروتين - بروتين الغشاء البكتيريورودوبسين

الشكل 2. نموذج كرتوني لبروتين الغشاء البكتيريورودوبسين. يتم تمثيل البروتين كشريط أزرق فاتح وأرجواني (تبرز الألوان المختلفة حلزون ألفا وصفيحة بيتا) ، الكرة الصفراء تمثل أيون الكلوريد ، الكرات الحمراء تمثل جزيئات الماء ، والكرات الوردية والعصي تمثل جزيء شبكية ، وكرات برتقالية- تمثل العصي جزيئات الدهون الأخرى. يعرض الشكل النموذج في وجهتي نظر. على اليسار يتم عرض النموذج "جانبًا على" بينما على اليمين يتم عرضه على طول محوره الطويل من الجانب خارج الخلية للبروتين (تم تدويره بمقدار 90 درجة خارج الصفحة من العرض على اليسار). يبسط هذا النموذج العديد من تفاصيل المستوى الذري للبروتين. كما أنه يفشل في تمثيل ديناميكيات البروتين. ال تبسيط الافتراضات يعني أن النموذج لا يساعد في التنبؤ بالوقت الذي يستغرقه البروتين لنقل البروتونات. على النقيض من ذلك ، يتنبأ هذا النموذج بالمساحة التي يشغلها البروتين في الغشاء الخلوي ، ومدى تواجد الشبكية في الغشاء ، أو ما إذا كان يمكن لمركبات معينة أن "تتسرب" عبر القناة الداخلية.
المصدر: تم إنشاؤه بواسطة Marc T. Facciotti (عمل خاص) ، جامعة كاليفورنيا ، ديفيس
مستمدة من: PDBID: 4FPD
DOI: 10.1016 / j.str.2012.12.018

مثال من الكيمياء: نموذج خط جزيئي للجلوكوز

الشكل 3. رسم خطي لجزيء الجلوكوز. حسب الاصطلاح ، نفهم النقاط التي تلتقي فيها الخطوط المستقيمة لتمثيل ذرات الكربون ، بينما نعرض الذرات الأخرى بشكل صريح (أي نكتب حرفًا). بالنظر إلى معلومات إضافية حول الذرات الممثلة في الشكل ، يمكن أن يكون هذا النموذج مفيدًا للتنبؤ ببعض الخصائص الكيميائية لهذا الجزيء ، بما في ذلك التفاعلات المحتملة التي قد يدخل فيها مع الجزيئات الأخرى. ومع ذلك ، تخفي افتراضات التبسيط ديناميكيات الجزيئات.
المصدر: تم إنشاؤه بواسطة Marc T. Facciotti (عمل خاص)

مثال من الحياة اليومية: نموذج مصغر لسيارة فيراري

الشكل 4. نموذج لعبة مصغر لسيارة فيراري. في هذا النموذج ، هناك العديد من التبسيط. أكثر ما يجعل هذا النموذج مفيدًا فقط للتنبؤ بالشكل العام والنسب النسبية للسيارة الحقيقية. على سبيل المثال ، لا يمنحنا هذا النموذج أي قوة تنبؤية حول مدى جودة قيادة السيارة أو مدى سرعة توقفها عن سرعة 70 كم / ثانية.
المصدر: تم إنشاؤه بواسطة Marc T. Facciotti (عمل خاص)


نقطة مناقشة محتملة ملحوظة

صِف النموذج المادي الذي تستخدمه في الحياة اليومية. ماذا يبسط النموذج من الشيء الحقيقي؟


نقطة مناقشة محتملة ملحوظة

صِف رسمًا تستخدمه في فصل العلوم لنمذجة شيء حقيقي. ماذا يبسط النموذج من الشيء الحقيقي؟ ما هي مزايا وعيوب التبسيط؟


البقرة الكروية

البقرة الكروية هي استعارة شهيرة في الفيزياء تسخر من ميول علماء الفيزياء لإنشاء نماذج مبسطة للغاية لأشياء معقدة للغاية. ترتبط العديد من النكات بهذا الاستعارة وهم يذهبون إلى شيء مثل هذا:

"كان إنتاج الحليب في مزرعة الألبان منخفضًا ، لذلك كتب المزارع إلى الجامعة المحلية ، طالبًا المساعدة من الأوساط الأكاديمية. تم تجميع فريق متعدد التخصصات من الأساتذة ، برئاسة فيزيائي نظري ، وتم إجراء تحقيق مكثف في الموقع لمدة أسبوعين. بعد ذلك عاد العلماء إلى الجامعة ، دفاتر مليئة بالبيانات ، حيث تُركت مهمة كتابة التقرير لقائد الفريق ، وبعد ذلك بوقت قصير عاد الفيزيائي إلى المزرعة قائلاً للمزارع: لدي الحل ، لكنه يعمل فقط في حالة الأبقار الكروية في الفراغ "." - المصدر: صفحة ويكيبيديا على Spherical Cow - تم الوصول إليها في 23 تشرين الثاني (نوفمبر) 2015.

الشكل 5. رسم كاريكاتوري لبقرة كروية.
المصدر: https://upload.wikimedia.org/wikiped.../d2/Sphcow.jpg
بقلم إنجريد كاليك (عمل خاص) [GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html) أو CC BY 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/3.0)] ، عبر ويكيميديا ​​كومنز

تعد البقرة الكروية طريقة مسلية للسخرية من عملية إنشاء نماذج بسيطة ومن المحتمل جدًا أن يطلب منك مدربك BIS2A الإشارة إلى البقرة الكروية عندما تتم مناقشة نموذج مبسط للغاية لشيء ما في علم الأحياء. كن مستعدًا لذلك!

تحليل ملزمة أو مقاربة

في BIS2A ، نستخدم النماذج كثيرًا. في بعض الأحيان نحب أيضًا أن نتخيل أو نختبر مدى جودة تمثيل نماذجنا للواقع من خلال مقارنة تنبؤات النموذج مع شيء من الحياة الواقعية. إذا كنت بحاجة إلى معرفة الكثير من التفاصيل حول نظام ما ، يمكنك إنشاء نموذج مفصل. إذا كنت على استعداد للعيش بتفاصيل أقل ، فسوف تقوم بإنشاء نموذج أبسط. إلى جانب التقديم تبسيط الافتراضات، غالبًا ما يكون من المفيد تقييم نموذجك باستخدام تقنية نسميها إحاطة (الملقب ب. تحليل مقارب). الفكرة الرئيسية لهذه التقنية هي استخدام نموذج مكتمل به تبسيط الافتراضات، لتقييم كيف يمكن أن يتصرف الشيء الحقيقي في الظروف القاسية (على سبيل المثال ، اختبار النموذج عند الحد الأدنى والحد الأقصى لقيم المتغيرات الرئيسية). دعنا نفحص مثالًا واقعيًا بسيطًا لكيفية عمل هذه التقنية.

مثال: الإحاطة

إعداد مشكلة
تخيل أنك بحاجة لمغادرة Davis ، CA والعودة إلى المنزل في Selma ، CA لقضاء عطلة نهاية الأسبوع. إنها الخامسة مساءً وقد أخبرت والديك أنك ستكون في المنزل بحلول الساعة 6:30. تقع سلمى على بعد 200 ميل (322 كم) من ديفيس. أنت قلق من أنك لن تصل إلى المنزل في الوقت المحدد. هل يمكنك الحصول على تقدير ما إذا كان ذلك ممكنًا أو إذا كنت ستقوم بإعادة تسخين عشاءك؟

إنشاء نموذج مبسط واستخدام الإحاطة
يمكنك إنشاء نموذج مبسط. في هذه الحالة ، يمكنك أن تفترض أن الطريق بين ديفيس وسلمى مستقيمة تمامًا. تفترض أيضًا أن سيارتك لها سرعتان فقط: 0 ميل في الساعة و 120 ميل في الساعة. هاتان السرعتان هما الحد الأدنى والأقصى من السرعات التي يمكنك السفر بها — قيم المحيط. يمكنك الآن تقدير أنه حتى في ظل افتراضات سيناريو "أفضل حالة" نظريًا ، حيث ستقود على طريق مستقيم تمامًا بدون عوائق أو حركة مرور بأقصى سرعة ، فلن تصل إلى المنزل في الوقت المحدد. بأقصى سرعة ، ستغطي 180 ميلًا فقط من 200 ميل المطلوبة في 1.5 ساعة لديك.

ترجمة
في هذا المثال الواقعي ، يتم إنشاء نموذج مبسط. في هذه الحالة ، واحد مهم جدا تبسيط الافتراض مصنوع: يُفترض أن يكون الطريق مستقيماً وخالٍ من العوائق أو حركة المرور. تسمح لك هذه الافتراضات بالافتراض بشكل معقول أنه يمكنك قيادة هذا الطريق بأقصى سرعة على طول المسافة. ال تبسيط الافتراضات تبسيط الكثير مما تعرف أنه موجود بالفعل في العالم الحقيقي من شأنه أن يؤثر على السرعة التي يمكنك السفر بها وبالتالي الوقت الذي ستستغرقه للقيام بالرحلة. يعد استخدام الربط - أو حساب سلوك النظام عند الحد الأدنى والحد الأقصى لقيم المتغيرات الرئيسية - طريقة لعمل تنبؤات / تقديرات سريعة حول ما يمكن أن يحدث في العالم الحقيقي.

سنستخدم هذه الأداة بشكل دوري في BIS2A.

أهمية معرفة الافتراضات النموذجية الرئيسية

إن معرفة الافتراضات المبسطة المتأصلة في النموذج أمر بالغ الأهمية للحكم على مدى فائدته للتنبؤ بالحياة الواقعية ولتخمين المكان الذي يحتاج فيه النموذج إلى التحسين إذا لم يكن تنبئيًا بشكل كافٍ. في BIS2A ، سنطلب منك بشكل دوري إنشاء نماذج مختلفة وتحديد تبسيط الافتراضات وتأثير تلك الافتراضات على فائدة النموذج وقدرته على التنبؤ. سنستخدم أيضًا النماذج مع إحاطة تمارين لمحاولة تعلم شيء عن السلوك المحتمل للنظام.


شاهد الفيديو: الجهاز الهضمي رحلة الطعام الهضم والإمتصاص (قد 2022).