定义系统、模型、结构等概念|认知建模笔记翻译（4）
内容接上篇
原标题：Notes for a Modeling Theory of Science, Cognition and Instruction
作者：戴维·赫斯特内斯（David Hestenes） ，亚利桑那州立大学（Arizona State University）
摘要：建模理论为跨学科研究提供基础，涉及到科学、教育研究和认知的许多方面，对科学实践、教学设计，科学、数学和常识之间建立联系都有重要意义。
6.系统，模型 & 理论；结构 & 态射
自 20 世纪中叶以来，“系统”和“模型”这两个术语在科学和工程领域无处不在。这些术语大多数情况下都是非正式使用，它们的含义是相当多变。但出于建模目的，我们需要尽可能明确地定义它们。在不重复我在[7-10]对这个问题讨论的情况下，让我在这一节重申一些关键点，以便同下一节的认知理论建立更深层次的联系。 我定义 系统（SYSTEM） 为一组关联的对象（object） 。系统可以是任何类型，这取决于对象的类型。一个系统本身是一个对象，组成它的对象可以是系统。在概念系统中，对象是概念。在物质系统中，对象是物质。除非另有说明，我们所谈论的系统都假定是物质系统。物质系统可以分为物理系统、化学系统和生物系统，这取决于包含对象的性质和关系。 系统的 结构（STRUCTURE）定义为系统中对象之间的一组关系 。这包括“属于”的关系，它指定了组成(COMPOSITION)，即属于系统的一组对象。科学的一个普遍发现是，所有的 物质系统都具有几何、因果和时间结构 ，不需要其他(形而上学的)属性来解释其行为。 建模理论认为，科学不是通过直接观察来认识现实世界中的客体，而是通过构建概念模型来解释观察结果并在头脑中表征客体。哲学家罗纳德· 吉尔把这种认识论的观点称为 建构实在论 。 我定义 概念模型（MODEL）为物质系统中结构的表征 ，它可以是真实的，也可以是想象的。Box 3 概述了可能的结构类型。我已经使用这个模型的定义很长一段时间，还没有在任何科学分支中找到一个模型不能用这些术语来表达。Box 3：定义概念模型的五种结构
(a) 系统结构 · 组成 (系统内部要素(对象)) · 环境 (连接到系统的外部代理) · 连接 (外部和内部的连接) (b) 几何结构 · 位置 相对于参考系的(外部) · 配置 (要素之间的几何关系) (c) 对象结构 · 要素的内在属性 (d) 互动结构 · (因果)联系的性质 (e) 时间(事件)结构 · 系统状态因时间而变化模型有很多种，这取决于它们的用途。所有的模型都是理想化的，只表示与目的相关的结构，不一定包括Box 3 中的所有五种结构类型。最典型的模型是地图。它的主要目的是指定几何结构(位置之间的关系)，尽管它也确定不同位置的对象（对象结构）。地图可以扩展为用地图上的路径来表示物体的运动。我称这种模型为运动图。 运动图（motion maps）不应与描述运动的动力图（graphs of motion）混淆，虽然这一点很少出现在物理或数学课程中。在相对论中，运动图和动力图组合在一个单一的时空图中，以表示完整的时空事件结构。大辉注：力学分两部分数学模型 通过两种类型的变量表示系统结构：
运动学（ kinematic）：描述物体如何运动
动力学（dynamics）：解释物体为何遵循运动学定律
状态变量，包括组成要素、几何和对象属性：
交互变量，包括组成要素之间及与环境之间的联系[6]。
在什么意义上，科学可以声称是物质世界的客观知识？
观察到的结构在多大程度上是物质世界固有的并独立于观察者？
是什么决定了Box 3中概念模型的结构类别？
关于建模学习和教育，欢迎加大辉微信 16279731 交流。
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