定義系統、模型、結構等概念|認知建模筆記翻譯（4）
内容接上篇
原标題：Notes for a Modeling Theory of Science, Cognition and Instruction
作者：戴維·赫斯特内斯（David Hestenes） ，亞利桑那州立大學（Arizona State University）
摘要：建模理論為跨學科研究提供基礎，涉及到科學、教育研究和認知的許多方面，對科學實踐、教學設計，科學、數學和常識之間建立聯系都有重要意義。
6.系統，模型 & 理論；結構 & 态射
自 20 世紀中葉以來，“系統”和“模型”這兩個術語在科學和工程領域無處不在。這些術語大多數情況下都是非正式使用，它們的含義是相當多變。但出于建模目的，我們需要盡可能明确地定義它們。在不重複我在[7-10]對這個問題讨論的情況下，讓我在這一節重申一些關鍵點，以便同下一節的認知理論建立更深層次的聯系。 我定義 系統（SYSTEM） 為一組關聯的對象（object） 。系統可以是任何類型，這取決于對象的類型。一個系統本身是一個對象，組成它的對象可以是系統。在概念系統中，對象是概念。在物質系統中，對象是物質。除非另有說明，我們所談論的系統都假定是物質系統。物質系統可以分為物理系統、化學系統和生物系統，這取決于包含對象的性質和關系。 系統的 結構（STRUCTURE）定義為系統中對象之間的一組關系 。這包括“屬于”的關系，它指定了組成(COMPOSITION)，即屬于系統的一組對象。科學的一個普遍發現是，所有的 物質系統都具有幾何、因果和時間結構 ，不需要其他(形而上學的)屬性來解釋其行為。 建模理論認為，科學不是通過直接觀察來認識現實世界中的客體，而是通過構建概念模型來解釋觀察結果并在頭腦中表征客體。哲學家羅納德· 吉爾把這種認識論的觀點稱為 建構實在論 。 我定義 概念模型（MODEL）為物質系統中結構的表征 ，它可以是真實的，也可以是想象的。Box 3 概述了可能的結構類型。我已經使用這個模型的定義很長一段時間，還沒有在任何科學分支中找到一個模型不能用這些術語來表達。Box 3：定義概念模型的五種結構
(a) 系統結構 · 組成 (系統内部要素(對象)) · 環境 (連接到系統的外部代理) · 連接 (外部和内部的連接) (b) 幾何結構 · 位置 相對于參考系的(外部) · 配置 (要素之間的幾何關系) (c) 對象結構 · 要素的内在屬性 (d) 互動結構 · (因果)聯系的性質 (e) 時間(事件)結構 · 系統狀态因時間而變化模型有很多種，這取決于它們的用途。所有的模型都是理想化的，隻表示與目的相關的結構，不一定包括Box 3 中的所有五種結構類型。最典型的模型是地圖。它的主要目的是指定幾何結構(位置之間的關系)，盡管它也确定不同位置的對象（對象結構）。地圖可以擴展為用地圖上的路徑來表示物體的運動。我稱這種模型為運動圖。 運動圖（motion maps）不應與描述運動的動力圖（graphs of motion）混淆，雖然這一點很少出現在物理或數學課程中。在相對論中，運動圖和動力圖組合在一個單一的時空圖中，以表示完整的時空事件結構。大輝注：力學分兩部分數學模型 通過兩種類型的變量表示系統結構：
運動學（ kinematic）：描述物體如何運動
動力學（dynamics）：解釋物體為何遵循運動學定律
狀态變量，包括組成要素、幾何和對象屬性：
交互變量，包括組成要素之間及與環境之間的聯系[6]。
在什麼意義上，科學可以聲稱是物質世界的客觀知識？
觀察到的結構在多大程度上是物質世界固有的并獨立于觀察者？
是什麼決定了Box 3中概念模型的結構類别？
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