עקרון הפעלה: שימוש בסימולציות ומודלים לחקירת תופעות ורעיונות מורכבים

מדענים עושים שימוש במודלים וסימולציות במגוון תחומי דעת כגון כלכלה, מתמטיקה, פיזיקה, מטאורולוגיה, ביולוגיה, ומדעי החברה. מודלים וסימולציות נועדו להסביר, להמחיש ולחקור תופעות ותהליכים מורכבים (למשל, אפקט החממה) או מופשטים (למשל, תנועת מולקולות). ניתן להשתמש במודלים וסימולציות כ"מעבדות וירטואליות" כאשר בלתי אפשרי, קשה מדי, יקר מדי או לא מוסרי (למשל, במקרה של מחקר בבעלי חיים) לערוך ניסוי אמיתי. לעיתים ניתן להמחיש את התופעה או הרעיון במספר דרכים (למשל: ייצוג סימבולי, ייצוג ברמת המאקרו, ייצוג ברמת המיקרו). לדוגמא, ייצוג של מצבי צבירה של חומר באמצעות השפה הכימית (סימבולי), תמונת החומר בעולם הפיזי (מאקרו), וייצוג גרפי של המודל החלקיקי (מיקרו). ניתן אף להעמיד ייצוגים אלו זה לצד זה ולהצביע על הקשר ביניהם.

כאשר ההמחשה מאפשרת "לשחק" עם משתנים, לומדים יכולים להפיק רבות מחקירת המודל או הסימולציה, במיוחד כאשר ההמחשה הינה באמצעות ייצוגים שונים המקושרים זה לזה. הלומדים יכולים לבחון כיצד התופעה מתנהגת במגוון סיטואציות, כולל במצבים חריגים, או מהי ההשפעה הייחודית של כל משתנה על המערכת ע"י שינוי משתנה אחד בכל פעם, ובכך, להבין טוב יותר את התופעה.

עיקרון זה מיושם פעמים רבות עם העקרונות "עיסוק בתכנים מורכבים" ו"שימוש בעזרים חזותיים להמחשת תופעות ורעיונות מורכבים״.