CC BY
80
7. Рабочая книга социолога. - М.: Наука, 1977. - 511 с.
ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ В СФЕРЕ ФИЗИЧЕСКОЙ
КУЛЬТУРЫ
В.А. Чистяков, Г.З. Аронов
Как известно, метод науки является описанием подхода к изучению предмета исследования науки на основании того, что о данном предмете уже известно. Поэтому обычно метод определяется предметом науки. Однако при нечетком определении предмета науки и, особенно в случае, когда какой-либо апробированный метод заимствуется из другой науки, возможно и обратное влияние — уточнение предмета науки при помощи нового метода. Именно этот случай имеет место при включении метода имитационного моделирования в арсенал методов теории физической культуры.
Смена исторической формации привела в девяностые годы ХХ века к стагнации и параличу научных исследований. Наметившийся в начале ХХ1 века экономический подъем привел к восстановлению утерянных приоритетов в научных исследованиях. В этом ключе представляется чрезвычайно интересным построение имитационных моделей различных аспектов физической культуры в новых социально-экономических условиях.
Имитационное моделирование является одним из видов компьютерного моделирования. В частности, оно может использоваться для оптимизации моделей, путем нахождения лучшего решения проблемы или задачи из нескольких возможных вариантов.
Объектом имитационного моделирования служит какая-либо модель. В широком понимании модель - это образ или прообраз какого-либо объекта или системы объектов, используемый при определённых условиях в качестве их "заместителя" или "представителя". Модель - это образец, служащий эталоном (стандартом), устройство, воспроизводящее, имитирующее что-либо, такой материальный или мысленно представляемый объект, который в процессе исследования замещает объект-оригинал так, что его непосредственное изучение дает новые знания об объекте-оригинале.
Согласно определению Дж. Форрестера (1971): Имитационное моделирование - это процесс создания модели реальной системы и проведение экспериментов на этой модели с целью понять поведение этой системы и оценить различные стратегии, обеспечивающие ее функционирование.
Процесс разработки имитационной модели включает в себя несколько этапов:
- определение проблемы;
- определение факторов, которые взаимодействуют при возникновении наблюдаемых симптомов;
- выявление причинно-следственных связей;
- формулировку общих правил, по возможности объясняющих, каким образом на основе имеющихся потоков информации
- построение математической модели, включающей правила принятия решений, источники информации и взаимодействие компонентов системы;
- проверка адекватности модели реальному объекту (в нашем случае массовой физической культуре в муниципальном образовании);
- перестройку в рамках модели организационного взаимодействия и правил принятия решений (в нашем случае, определенных педагогических воздействий) для достижения желаемого результата.
Полная классификация возможных видов моделирования, крайне затруднительна, хотя бы в силу многозначности понятия "модель". Остановимся на структурно-функциональных и логико-математических моделях. Тогда:
• структурно-функциональное моделирование, при котором моделями являются схемы (блок-схемы), графики, чертежи, диаграммы, таблицы, рисунки, дополненные специальными правилами их объединения и преобразования;
• математическое (логико-математическое) моделирование, при котором моделирование, включая построение модели, осуществляется средствами математики и логики;
Для имитационного моделирования структурно-функциональную модель необходимо дополнить параметрами, данными, описывающие детали функционирования процесса (это дает возможность уже называть данную модель логико-математической). Таким образом, полученную модель можно рассматривать как алгоритм функционирования объекта, реализованный в виде программного комплекса для компьютера (т. е. на данном этапе уже можно говорить об имитационной модели).
Цели проведения подобных экспериментов на ЭВМ могут быть самыми различными - от выявления свойств и закономерностей исследуемой системы, до решения конкретных практических задач. С развитием средств вычислительной техники и программного обеспечения, спектр применения имитации в сфере экономики существенно расширился. В настоящее время ее используют как для решения задач внутрифирменного управления, так и для моделирования управления на макроэкономическом уровне. Рассмотрим основные преимущества применения имитационного моделирования в процессе решения задач финансового анализа.
Как следует из определения, имитация - это компьютерный эксперимент. Единственное отличие подобного эксперимента от реального состоит в том, что он проводится с моделью системы, а не с самой системой. Однако проведение реальных экспериментов с экономическими системами, по крайней мере, неразумно, требует значительных затрат и вряд ли осуществимо на практике. Таким образом, имитация является единственным способом исследования систем без осуществления реальных экспериментов.
Часто практически невыполним или требует значительных затрат сбор необходимой информации для принятия решений. Например, при оценке риска инвестиционных проектов, как правило, используют прогнозные данные об объемах продаж, затратах, ценах и т.д.
Однако чтобы адекватно оценить риск необходимо иметь достаточное количество информации для формулировки правдоподобных гипотез о вероятностных распределениях ключевых параметров проекта. В подобных случаях отсутствующие фактические данные заменяются величинами, полученными в процессе имитационного эксперимента (т.е. сгенерированными компьютером).
Имитационное моделирование представляет собой серию численных экспериментов призванных получить эмпирические оценки степени влияния различных факторов (исходных величин) на некоторые зависящие от них ре-
зультаты (показатели).
В общем случае, проведение имитационного эксперимента можно разбить на следующие этапы.
1. Установить взаимосвязи между исходными и выходными показателями в виде математического уравнения или неравенства.
2. Задать законы распределения вероятностей для ключевых параметров модели.
3. Провести компьютерную имитацию значений ключевых параметров модели.
4. Рассчитать основные характеристики распределений исходных и выходных показателей.
5. Провести анализ полученных результатов и принять решение.
Результаты имитационного эксперимента могут быть дополнены статистическим анализом, а также использоваться для построения прогнозных моделей и сценариев.
Подводя итог сказанному, можем утверждать, что моделирование применяется в сфере физической культуры в двух направлениях:
- биомеханика. При постановке и решении задач биомеханики используются модели, создаваемые путем применения положений классической механики (материальная точка, многозвенная стержневая система и т.п.). В этом случае, как модель системы, так и связи между ее компонентами известны априори и процедура моделирования сводится к решению системы дифференциальных уравнений.
- Социальные процессы в сфере физической культуры. При постановке и решении задач в этой области создание модели лежит на исследователе, вследствие отсутствия соответствующих теорий динамики социальных процессов. И первой задачей, стоящей перед исследователем, является верификация модели, логических и функциональных связей между предложенными исследователем компонентами модели.
Пример построения имитационной модели в сфере физической культуры
В качестве примера рассмотрим некоторые элементы построения имитационной модели массовой физической культуры по месту жительства, взятые нами из диссертации Аронова Г.З. (2003).
При создании модели любой реальной социально-экономической системы необходимо решить следующие задачи:
1. Определить элементы, входящие в эту систему;
2. Установить связи между этими элементами;
3. Определить финансовые, информационные, людские потоки, функционирующие в этой системе;
4. Разработать систему управления этими потоками.
Имитационно-динамическая модель представляет собой систему уравнений, связывающих между собой основные переменные модели (уровни) и темпы (скорости изменения основных переменных во времени). В последующем полученная система уравнений решается на ПК с целью получения прогноза развития массовой физической культуры по месту жительства в будущем, моделирования различных способов управления этой системой.
В наше время все начинается и заканчивается финансированием. В со-
ставе финансовых источников муниципальных образований находятся государственные средства, передаваемые органам местного самоуправления в виде доходных источников и прав, предусмотренных законодательством; собственные средства муниципального образования, создаваемые за счет деятельности органов местного самоуправления (доходы от использования муниципальной собственности, плата за услуги и т.п.), а также заемные средства, муниципальный кредит.
Включение в бюджет статей, посвященных финансированию развития физической культуры по месту жительства, не приведет к автоматическому восстановлению здоровья нации, искоренению пьянства и наркомании молодежи. Необходима правильная система расходования этих средств.
Информационные потоки в массовых формах физической культуры по месту жительства - это в первую очередь установление обратной связи между органами местного самоуправления и населением микрорайона, организация целенаправленной пропаганды здорового образа жизни, наличие квалифицированных педагогических кадров тренеров и организаторов
Наиболее сложная часть разработки любой системы управления - это определение минимально необходимого числа элементов, входящих в модель системы обеспечивающих адекватность модели, выбор этих элементов и разработка системы управления этой системой.
Любая модель создается не сама для себя, основная цель модели состоит в попытке установления реальных связей между элементами системы, и самое главное, решение задач прогноза.
Метод имитационного моделирования позволяет корректно поставить и решить практически любую задачу прогноза. Для решения задачи прогноза необходимо знание начальных условий и модели, адекватной в определенной степени реальной социальной системе. Это означает проведение социально экономического исследования состояния физической культуры в муниципальных образованиях.
Отметим, что под интенсификацией понимается поиск внутренних резервов в существующей системе организации и управления, в то время как оптимизация в большинстве случаев представляет собой создание принципиально новой системы организации и управления.
Критерием этого процесса оптимизации является рост числа жителей, систематически занимающихся физической культурой по месту жительства. В соответствии с этим структура и состав имитационной модели должны быть направлены на выявление механизмов роста числа занимающихся физической культурой в муниципальном образовании. Кроме того, модель должна обеспечивать проверку эффективности различных альтернатив развития исследуемой системы во времени в соответствии с принятым критерием.
Естественно, что пути и направления оптимизации должны исследоваться не вообще, а в конкретных условиях деятельности, т.е. в зависимости от исходного состояния того или иного муниципального образования (уровень организационно-педагогической работы, состояние материально-спортивной базы, бюджет, наличие кадров и т.п.). В связи с этим пути оптимизации физкультурной деятельности в различных муниципальных образованиях могут отличаться друг от друга.
Для того, чтобы выявить оптимальные структурно-функциональные свя-
зи между отдельными элементами системы, необходимо сначала создать модель, отображающую истинную картину функционирования физкультурномассовой работы в муниципальном образовании, соответствующую настоящему моменту времени.
Одной из предпосылок, обеспечивающих успех имитационного моделирования, является принцип замкнутости моделируемой системы, подразумевающей такое ограничение от внешней среды, при котором поведение системы не навязывается извне, а определяется ее внутренней структурой. Однако это не исключает влияние внешней среды за счет допустимости связей между внешней средой и моделируемой системой. Вводя в модель константы и переменные, отражающие влияние на исследуемую систему внешней среды, мы, тем самым, определяем границы моделируемой системы.
Внешними факторами при моделировании физкультурно-массовой работы в муниципальном образовании будут: директивно вводимые проценты отчислений из бюджетов всех уровней на физкультурно-массовую работу, наличие и пропускная способность спортивных сооружений, их амортизация, срок службы спортивного инвентаря и оборудования и т. д.
Следует отметить, что схема функционирования массовой физической культуры является общей для любого муниципального образования, однако специфика возникает за счет различия в уровнях ее развития в том или ином муниципальном образовании.
Функции управления, т.е. регулирование финансовых и информационных потоков, а также отработка сигналов обратной связи (отклика системы) выполняет муниципальное образование. Предложенная нами имитационная динамическая модель, построена в предположении существования стабильных социально-экономических условиях, т. е. в условиях в которых находится Россия последние несколько лет. Напомним, что формально имитационная динамическая модель представляет собой систему уравнений, связывающую между собой уровни (основные переменные системы) и темпы (скорости изменения этих уровней во времени). Поэтому построить имитационная динамическая модель означает создать такую систему уравнений, решение которой будет адекватно описывать (т.е. давать близкие результаты) поведение системы в прошлом, но и позволит путем интегрирования этой системы на компьютере решать задачи прогноза.
При выводе системы организации и управление массовой физической культурой в муниципальном образовании в современных социальноэкономических условиях последовательно рассмотрим главные уровни (переменные) системы.
1. Население.
Население муниципального образования зависит от нескольких причин
и, в первую очередь связано с расположением муниципального образования. В старых районах динамика изменения населения подчиняется темпам рождаемости и смертности. В новых районах, в которых происходит застройка, численность населения помимо демографических факторов зависит и от темпов ввода нового жилья.
2. Материально-спортивная база.
Представляет собой совокупность существующих, реконструируемых и вновь построенных спортивных сооружений в рассматриваемый период в дан-
ном муниципальном образовании. Данный уровень вводится для того, чтобы путем имитационного моделирования ответить на такой не очевидный вопрос: что целесообразнее при заданном уровне финансирования: строить простейшие спортивные сооружения, спортивные площадки в каждом микрорайоне или на базе существующих спортивных сооружений проводить плановую реконструкцию, расширять инфраструктуру и сферу предлагаемых услуг.
3. Количественный и качественный состав физкультурных кадров.
Основным критерием, на основе которого будет произведена оптимизация системы управления массовой физической культурой в муниципальном образовании, является численность занимающихся массовыми формами физической культуры по месту жительства, в соответствии с этим выделим те факторы, которые явно зависят от этого критерия. К таким объективным факторам относится плотность группы. Грамотная рекламная компания (агитация) здорового образа жизни, занятий физической культуры, пример родителей и соседей формируют у жителей определенный интерес к занятиям физическими упражнениями. Этот процесс создает постоянный приток числа занимающихся физической культурой. Однако, с некоторого момента начинают действовать тормозящие механизмы, приводящие к оттоку числа занимающихся из организованных групп. Это обуславливается многими причинами, одной из которых является снижение качества работы тренера из-за высокой плотности группы. Иными словами: чем больше занимающихся в группе (по сравнению с нормой), тем меньше времени тренер может уделить ученику, что, в свою очередь, ведет к постепенному снижению и, в конечном итоге, потере интереса к занятиям. Это подтверждено многочисленными исследованиями и практическим опытом: первоначальная численность группы постепенно снижается и со временем приближается к значению близкому к норме.
3. Финансовые ресурсы
Финансирование всей физкультурно-массовой и спортивной работы в муниципальном образовании. Финансовые ресурсы направляются на:
- содержание материально-спортивной базы муниципального образования;
- аренду материальной базы у сторонних организаций;
- заработанную плату тренеров организаторов;
- эксплуатацию прокатного инвентаря и оборудования;
- прочие расходы.
4. Общее число занимающихся.
Это основной критерий качества физкультурно-массовой работы с населением в муниципальном образовании, представляющий собой сумму занимающихся:
- организованно в секциях и группах;
- организованно на простейших спортсооружениях МО;
- в домашних условиях;
- самостоятельно на простейших спортсооружениях МО;
- на спортсооружениях других муниципальных образований.
Выведенные Г.З. Ароновым уравнения представляют собой систему организации физкультурно-массовой работы в муниципальном образовании в новых социально-экономических условиях. Решение этой системы уравнений
на ПК является решением задачи прогноза во времени развития массовой физической культуры в муниципальном образовании при условии, что предложенные уравнения адекватно описывают поведение реальной системы.
Прогрессивное финансирование (+5% в год)
I
1 Г'/1
„ - я я ►—. ,
2005 2006 2007 2008 2009 2010
—4- Бар 1
—*- -Бар.З а=0.25
- ■ - Бар.З а=0.5
—Ж Вар.З а=0.75
Г оды
Рис.1. Изменение нормированного числа занимающихся при прогрессивном финансировании (+5% в год)
На рис.1 представлены результаты моделирования при прогрессивном финансировании физкультурно-массовой работы в муниципальном образовании.
Анализ рис. 1 показывает, что введение прогрессивного финансирования приводит к стабильному росту числа занимающихся. Таким образом, имитационное динамическое моделирование, позволяет сделать следующий вывод: стабильное финансирование на протяжении не менее 3-х лет приводит к устойчивому росту числа занимающихся физической культурой по месту жительства, а прогрессивное финансирование за этот же период приводит к устойчивому росту числа занимающихся в среднем на 7% в год.
О ТАКТИКЕ СОРЕВНОВАТЕЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ СПОРТСМЕНА
А.Г. Ширяев, С.Е. Бакулев, Е.М. Макаренко, А.И. Малетин, О.П. Кузьмин
Вместо введения
Изучение проблематики тактики в различных сферах жизнедеятельности человека, наиболее удачной моделью чего, безусловно, является разнообразная и многоплановая соревновательная деятельность (СД) спортсменов разных видов спорта, свидетельствует о незначительных сдвигах нашей мысли и действий в этом направлении в последние времена с измерителями порядка десятилетий, а то и больше.
Нельзя сказать, что мы не пытаемся здесь прогрессировать. Заметнее об-
