模型構(gòu)成形式分為實體模型(擁有體積及重量的物理形態(tài)概念實體物件)及虛擬模型(用電子數(shù)據(jù)通過數(shù)字表現(xiàn)形式構(gòu)成的形體以及其他實效性表現(xiàn))。
結(jié)構(gòu)模型
主要反映系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點和因果關(guān)系的模型 。結(jié)構(gòu)模型中的一類重要模型是圖模型。此外生物系統(tǒng)分析中常用的房室模型(見房室模型辨識)等也屬于結(jié)構(gòu)模型。結(jié)構(gòu)模型是研究復(fù)雜系統(tǒng)的有效手段。
仿真模型
通過數(shù)字計算機、模擬計算機或混合計算機上運行的程序表達的模型。采用適當(dāng)?shù)姆抡嬲Z言或程序,物理模型、數(shù)學(xué)模型和結(jié)構(gòu)模型一般能轉(zhuǎn)變?yōu)榉抡婺P?[6] 。關(guān)于不同控制策略或設(shè)計變量對系統(tǒng)的影響,或是系統(tǒng)受到某些擾動后可能產(chǎn)生的影響,是在系統(tǒng)本身上進行實驗,但這并非永遠可行。原因是多方面的,例如:實驗費用可能是昂貴的;系統(tǒng)可能是不穩(wěn)定的,實驗可能破壞系統(tǒng)的平衡,造成危險;系統(tǒng)的時間常數(shù)很大,實驗需要很長時間;待設(shè)計的系統(tǒng)尚不存在等。在這樣的情況下,建立系統(tǒng)的仿真模型是有效的。例如,生物的甲烷化過程是一個絕氧發(fā)酵過程,由于的作用分解而產(chǎn)生甲烷。根據(jù)生物化學(xué)的知識可以建立過程的仿真模型,通過計算機尋求過程的穩(wěn)態(tài)值并且可以研究各種起動方法。這些研究幾乎不可能在系統(tǒng)自身上完成,因為從技術(shù)上很難保持過程處于穩(wěn)態(tài),而且生物甲烷化反應(yīng)的起動過程很慢,需要幾周的時間。但如果利用(仿真)模型在計算機上仿真,則甲烷化反應(yīng)的起動過程只需要幾分鐘的時間。
過程模型
在研究質(zhì)點運動時,如勻速直線運動、勻變速直線運動、勻速圓周運動、平拋運動、簡諧運動等;在研究理想氣體狀態(tài)變化時,如等溫變化、等壓變化、等容變化、絕熱變化等;還有一些物理量的均勻變化的過程,如某勻強磁場的磁感應(yīng)強度均勻減小、均勻增加等;非均勻變化的過程,如汽車突然停止都屬于理想的過程模型。
模型是對實際問題的抽象,每一個模型的建立都有一定的條件和使用范圍。學(xué)生在學(xué)習(xí)和應(yīng)用模型解決問題時,要弄清模型的使用條件,要根據(jù)實際情況加以運用。比如一列火車的運行,能否看成質(zhì)點,就要根據(jù)質(zhì)點的概念和要研究的火車運動情況而定,在研究火車過橋所需時間時,火車的長度相對于橋長來說,一般不能忽略,所以不能看成質(zhì)點;在研究火車從北京到上海所需的時間時,火車的長度遠遠小于北京到上海的距離,可忽略不記,因此火車就可以看成為質(zhì)點。
物質(zhì)模型
物質(zhì)可分為實體物質(zhì)和場物質(zhì)。
實體物質(zhì)模型有力學(xué)中的質(zhì)點、輕質(zhì)彈簧、彈性小球等;電磁學(xué)中的點電荷、平行板電容器、密繞螺線管等;氣體性質(zhì)中的理想氣體;光學(xué)中的薄透鏡、均勻介質(zhì)等。
場物質(zhì)模型有如勻強電場、勻強磁場等都是空間場物質(zhì)的模型。
狀態(tài)模型
研究流體力學(xué)時,流體的穩(wěn)恒流動(狀態(tài));研究理想氣體時,氣體的平衡態(tài);研究原子物理時,原子所處的基態(tài)和激發(fā)態(tài)等都屬于狀態(tài)模型。