模型構(gòu)成形式分為實(shí)體模型(擁有體積及重量的物理形態(tài)概念實(shí)體物件)及虛擬模型(用電子數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)字表現(xiàn)形式構(gòu)成的形體以及其他實(shí)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(diǎn)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(shí))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(guò)數(shù)字計(jì)算機(jī)、模擬計(jì)算機(jī)或混合計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的程序表達(dá)的模型。采用適當(dāng)?shù)姆抡嬲Z(yǔ)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(jì)變量對(duì)系統(tǒng)的影響,或是系統(tǒng)受到某些擾動(dòng)后可能產(chǎn)生的影響,是在系統(tǒng)本身上進(jìn)行實(shí)驗(yàn),但這并非永遠(yuǎn)可行。原因是多方面的,例如:實(shí)驗(yàn)費(fèi)用可能是昂貴的;系統(tǒng)可能是不穩(wěn)定的,實(shí)驗(yàn)可能破壞系統(tǒng)的平衡,造成危險(xiǎn);系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)很大,實(shí)驗(yàn)需要很長(zhǎng)時(shí)間;待設(shè)計(jì)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(guò)程是一個(gè)絕氧發(fā)酵過(guò)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(shí)可以建立過(guò)程的仿真模型,通過(guò)計(jì)算機(jī)尋求過(guò)程的穩(wěn)態(tài)值并且可以研究各種起動(dòng)方法。這些研究幾乎不可能在系統(tǒng)自身上完成,因?yàn)閺募夹g(shù)上很難保持過(guò)程處于穩(wěn)態(tài),而且生物甲烷化反應(yīng)的起動(dòng)過(guò)程很慢,需要幾周的時(shí)間。但如果利用(仿真)模型在計(jì)算機(jī)上仿真,則甲烷化反應(yīng)的起動(dòng)過(guò)程只需要幾分鐘的時(shí)間。
過(guò)程模型
在研究質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí),如勻速直線運(yùn)動(dòng)、勻變速直線運(yùn)動(dòng)、勻速圓周運(yùn)動(dòng)、平拋運(yùn)動(dòng)、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)等;在研究理想氣體狀態(tài)變化時(shí),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(guò)程,如某勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度均勻減小、均勻增加等;非均勻變化的過(guò)程,如汽車突然停止都屬于理想的過(guò)程模型。
模型是對(duì)實(shí)際問(wèn)題的抽象,每一個(gè)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(wèn)題時(shí),要弄清模型的使用條件,要根據(jù)實(shí)際情況加以運(yùn)用。比如一列火車的運(yùn)行,能否看成質(zhì)點(diǎn),就要根據(jù)質(zhì)點(diǎn)的概念和要研究的火車運(yùn)動(dòng)情況而定,在研究火車過(guò)橋所需時(shí)間時(shí),火車的長(zhǎng)度相對(duì)于橋長(zhǎng)來(lái)說(shuō),一般不能忽略,所以不能看成質(zhì)點(diǎn);在研究火車從北京到上海所需的時(shí)間時(shí),火車的長(zhǎng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(diǎn)。
物質(zhì)模型
物質(zhì)可分為實(shí)體物質(zhì)和場(chǎng)物質(zhì)。
實(shí)體物質(zhì)模型有力學(xué)中的質(zhì)點(diǎn)、輕質(zhì)彈簧、彈性小球等;電磁學(xué)中的點(diǎn)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(chǎng)物質(zhì)模型有如勻強(qiáng)電場(chǎng)、勻強(qiáng)磁場(chǎng)等都是空間場(chǎng)物質(zhì)的模型。
狀態(tài)模型
研究流體力學(xué)時(shí),流體的穩(wěn)恒流動(dòng)(狀態(tài));研究理想氣體時(shí),氣體的平衡態(tài);研究原子物理時(shí),原子所處的基態(tài)和激發(fā)態(tài)等都屬于狀態(tài)模型。