Учебно-иллюстративные модули на основе многоуровневых компьютерных моделей
Аннотация
В данной статье описываются образовательные возможности учебно-иллюстративных модулей (УИМ), а также принципы их разработки в виде многоуровневых компьютерных моделей. Такие УИМ предполагают разделение модели исследуемого объекта на 3 уровня: объектный, логический, визуальный. На объектном уровне располагается математическая модель объекта (в блочно-компонентном или блочно-аналитическом виде). На логическом уровне – имитационная модель поведения объекта или сценарий вычислительного эксперимента. На визуальном – графический интерфейс модели с измерителями, регуляторами и другими элементами, а также с возможностью построения 2D- и 3D-графиков, 3D-анимации. С помощью УИМ можно осуществлять варьирование параметров модели исследуемого объекта, изменение внешних воздействий, наблюдая при этом реакцию объекта на данные изменения. Выполнение таких экспериментов направлено на улучшение процесса усвоения и понимания предмета, а также предоставления возможности непосредственного экспериментирования при изучении теоретического материала. УИМ могут применяться как для иллюстрации лекционного материала преподавателем, так и студентами на всех видах занятий. На лабораторных работах по естественно-научным и техническим дисциплинам применение УИМ может быть направлено на проведение виртуальных экспериментов, изучение устройства и принципов работы измерительных приборов и оборудования, установок, на конструирование сценариев вычислительного эксперимента. На практических занятиях для работы с УИМ может быть предложена обработка результатов виртуального эксперимента с возможностью многократного повторения вычислительного эксперимента или с применением методов оптимизации на модели. В качестве самостоятельной работы УИМ можно использовать в качестве тренажера: для проведение вычислительного эксперимента студентом, исследования модели объекта, нахождения закономерностей между данными и выполнения других задач. С целью углубления навыков моделирования студентам можно предложить не просто использовать готовый УИМ, а модернизировать его под имеющуюся ситуацию или создать новый самостоятельно в среде моделирования.
Литература
2. Senichenkov Yu.B. Proekt InMotion. Vpechatleniya po goryachim sledam [InMotion project. Impressions in hot pursuit]. Komp'yuternye instrumenty v obrazovanii = Computer Tools in Education. 2020;(1):87-98. (In Russ., abstract in Eng.) https://doi.org/10.32603/2071-2340-2020-1-87-98
3. Dmitriev V.M., Filippov A.Yu., Sharova O.N. Formalizovannoe predstavlenie zadach dlya komp'yuternogo modelirovaniya [Formalized representation of tasks for computer simulation]. Vestnik MGPU. Seriya: Informatika i informatizaciya obrazovaniya = The academic Journal of Moscow City University, series "Informatics and Informatization of Edication". 2004;(3):53-59. (In Russ., abstract in Eng.) EDN: KFPXXD
4. Shabunina N.V. Obuchenie studentov tekhnicheskih vuzov modelirovaniyu pri reshenii sistem fizicheskih zadach [Teaching students of technical universities to model in solving systems of physical problems]. Pedagogicheskoe obrazovanie v Rossii = Pedagogical education in Russia. 2014;(7):49-55. (In Russ., abstract in Eng.) EDN: SXYCDJ
5. Maslennikova L.V., Aryukova O.A., Rodioshkina Yu.G. Algoritmicheskij metod resheniya fizicheskih zadach kak metod matematicheskogo modelirovaniya v tekhnicheskom vuze [Algorithmic method for solving physical problems as a method of mathematical modeling in a technical university]. Uchebnyj eksperiment v obrazovanii = Educational experiment in education. 2019;(1):45-50. (In Russ., abstract in Eng.) EDN: ZDIJYD
6. Chervonnyj M.A. Vizualizaciya v obuchenii shkol'nikov fizike i matematike i podgotovke budushchih uchitelej [Visualization in teaching physics and mathematics to schoolchildren and training future teachers]. Praksema. Problemy vizual'noj semiotiki = Praxema. Problems of visual semiotics. 2018;(4):235-250. (In Russ., abstract in Eng.) https://doi.org/10.23951/2312-7899-2018-4-235-250
7. Dudysheva E.V., Zaharov P.V. Ispol'zovanie sred virtual'noj i smeshannoj real'nosti pri izuchenii studentami modelej kristallov v fizike tverdogo tela [The use of virtual and mixed reality environments in the study of crystal models in solid state physics by students]. Vestnik MGPU. Seriya: Informatika i informatizaciya obrazovaniya = The academic Journal of Moscow City University, series "Informatics and Informatization of Edication". 2020;(2):67-74. (In Russ., abstract in Eng.) https://doi.org/10.25688/2072-9014.2020.52.2.08
8. Repyah L.P., Belonovskaya I.D. Tekhnologii vizualizacii i modelirovaniya v podgotovke personala k proizvodstvennym riskam v dopolnitel'nom professional'nom obrazovanii [Visualization and modeling technologies in personnel training for production risks in additional professional education]. Sovremennaya vysshaya shkola: innovacionnyj aspect = Modern Higher School: Innovative Aspect. 2018;10(4):46-60. (In Russ., abstract in Eng.) https://doi.org/10.7442/2071-9620-2018-10-4-46-60
9. Klimov A.A., Zarechkin E.Yu., Kupriyanovskij V.P. Ob osobennostyah ispol'zovaniya trenazherov pri realizacii obrazovatel'nyh programm (na primere podgotovki specialistov dlya transporta) [On the peculiarities of using simulators in the implementation of educational programs (on the example of training specialists for transport)]. Modern Information Technologies and IT-Education. 2019;15(2):477-487. (In Russ., abstract in Eng.) https://doi.org/10.25559/SITITO.15.201902.477-487
10. Nikolaev S.V., Makarov I.K., Fedorkevich I.A., Tihonov D.V. Primenenie sovremennyh informacionnyh tekhnologij pri podgotovke aviacionnyh specialistov [Application of modern information technologies in the training of aviation specialists]. Aviakosmicheskoe priborostroenie = Aerospace Instrumentation. 2020;(8):3-14. (In Russ., abstract in Eng.) https://doi.org/10.25791/aviakosmos.08.2020.1170
11. Kristalinskij V.R., Kristalinskij R.E. O reshenii zadach matematicheskoj fiziki v sisteme Wolfram Mathematica [About solving problems of mathematical physics in the Wolfram Mathematica system]. Modern Information Technologies and IT-Education. 2019;15(4):981-991. (In Russ., abstract in Eng.) https://doi.org/10.25559/SITITO.15.201904.981-991
12. Altunin K.K. Komp'yuternye tekhnologii v fizike: obobshchenie i sistematizaciya opyta prepodavaniya uchebnoj discipliny [Computer technologies in physics: generalization and systematization of the experience of teaching an academic discipline]. Povolzhskij pedagogicheskij poisk = Volga Pedagogical Search. 2018;(3):96-107. (In Russ., abstract in Eng.) EDN: YNJMJV
13. Nikitin Yu.R., Zubkova Yu.V., Sosnovich E.V., Masanov P.A. Razrabotka virtual'nogo stenda dlya modelirovaniya i issledovaniya mobil'nogo robota v programme SimInTech [Development of a virtual stand for modeling and research of a mobile robot in the SimInTech program]. Intellektual'nye sistemy v proizvodstve = Intelligent systems in production. 2022;20(2):78-85. (In Russ., abstract in Eng.) https://doi.org/10.22213/2410-9304-2022-2-78-85
14. Skafa E.I., Evseeva E.G., Korolev M.E. Integration of mathematical and computer simulation modeling in engineering education. Journal of Siberian Federal University. Mathematics and Physics. 2022;15(4):413-430. https://doi.org/10.17516/1997-1397-2022-15-4-413-430
15. Senichenkov Yu.B., Nevzorova A.I., Semencov A.E. Modelirovanie dlya nachinayushchih v srede AnyDinamics [Modeling for Beginners in the AnyDinamics Environment]. Komp'yuternye instrumenty v obrazovanii = Computer Tools in Education. 2022;(2):74-75. (In Russ., abstract in Eng.) https://doi.org/10.32603/2071-2340-2022-2-74-75.
16. Popov E.A., Shornikov Yu.V. Yazyk modelirovaniya geterogennyh dinamicheskih sistem LISMA_HDS [LISMA_HDS language for modeling heterogeneous dynamic systems]. Sistemy analiza i obrabotki dannyh = Analysis and data processing systems. 2021;(1):103-122. (In Russ., abstract in Eng.) http://dx.doi.org/10.17212/2782-2001-2021-1-103-122
17. Vajgend M. Matematicheskoe modelirovanie i programmirovanie v estestvenno-nauchnom obrazovanii [Mathematical Modeling and Programming in Science Education]. Komp'yuternye instrumenty v obrazovanii = Computer Tools in Education. 2019;(2):55-64. (In Russ., abstract in Eng.) https://doi.org/10.32603/2071-2340-2019-2-55-64
18. Revunov S.V., Nesvat M.S., Lubenskaya M.P., Shcherbina M.M. Interaktivnye cifrovye modeli v laboratornyh rabotah po fizike kak faktor povysheniya kachestva obrazovatel'nogo processa [Interactive digital models in laboratory work in physics as a factor in improving the quality of the educational process]. Global'nyj nauchnyj potencial = Global scientific potential. 2020;(11):118-122. (In Russ., abstract in Eng.) EDN: GRISUJ
19. Adlaj S.F., Berestova S.A., Misyura N.E., Mityushov E.A. Illyustracii dvizheniya tverdogo tela po separatrise v sluchae Ejlera Puanso [Illustrations of the motion of a rigid body along the separatrix in the case of Euler Poinsot]. Komp'yuternye instrumenty v obrazovanii = Computer Tools in Education. 2018;(2):5-13. (In Russ., abstract in Eng.) EDN: YOVGPZ
20. Rumanovskij I.G., Aleshin M.S. Analiz tekhnologij sozdaniya virtual'noj laboratornoj raboty po fizike [Analysis of technologies for creating a virtual laboratory work in physics]. Vestnik Tihookeanskogo gosudarstvennogo universiteta = Pacific State University Bulletin. 2021;(4):45-54. (In Russ., abstract in Eng.) EDN: JIEEQV
21. Senichenkov Yu.B. Virtual'nye laboratorii: ispol'zovanie, razrabotka, standartizaciya [Virtual laboratories: use, development, standardization]. Komp'yuternye instrumenty v obrazovanii = Computer Tools in Education. 2022;(3):108-132. (In Russ., abstract in Eng.) https://doi.org/10.32603/2071-2340-2022-3-108-132
22. Shornikov Yu.V., Senichenkov Yu.B., Ryzhov V.A. Comparative analysis of computer modeling and simulation environments under the InMotion project. Humanities & Science University Journal. 2017;(30):58-65. EDN: OUCQTD
23. Martin-Villalba C., Manzur M.E., Urquia A. Virtual lab in Modelica for air pollution control. Komp'yuternye instrumenty v obrazovanii = Computer Tools in Education. 2018;(1):5-15. https://doi.org/10.32603/2071-2340-2018-1-5-15
24. Vlasova E. A., Mezhennaya N. M., Popov V. S. Proektirovanie uchebnyh materialov c ispol'zovaniem sistem komp'yuternoj matematiki [Designing educational materials using computer mathematics systems]. Modern Information Technologies and IT-Education. 2019;15(2):386-394. (In Russ., abstract in Eng.) https://doi.org/10.25559/SITITO.15.201902.386-394
25. Dmitriev V.M., Gandzha T.V., Panov S.A. Sistema virtual'nyh instrumentov i priborov dlya avtomatizacii uchebnyh i nauchnyh eksperimentov [System of virtual instruments and devices for automation of educational and scientific experiments]. Programmnye produkty i sistemy = Software Products and Systems. 2016;(3):154-162. (In Russ., abstract in Eng.) https://doi.org/10.15827/0236-235X.115.154-162
26. Belov M.A., Grishko C.I., Lishilin M.V., Osipov P.A., Cheremisina E.N. Strategiya podgotovki IT-specialistov s primeneniem innovacionnogo uchebnogo data-centra Virtual'naya komp'yuternaya laboratoriya dlya effektivnogo resheniya zadach cifrovoj transformacii i akseleracii cifrovoj ekonomiki [Strategy for training IT specialists using the innovative educational data center "Virtual Computer Laboratory" to effectively solve the problems of digital transformation and acceleration of the digital]. Modern Information Technologies and IT-Education. 2021;17(1):134-144. (In Russ., abstract in Eng.) https://doi.org/10.25559/SITITO.17.202101.703
27. Dmitriev V.M., Gandzha T.V., Gandzha V.V., Panov S.A. Komp'yuternoe modelirovanie vizual'nyh interfejsov virtual'nyh instrumentov i priborov [Computer modeling of visual interfaces of virtual instruments and devices]. Nauchnaya vizualizaciya = Scientific Visualization. 2016;8(3):111-131. (In Russ., abstract in Eng.) EDN: WHBCQV
28. Hmyzova A.A. Igrovoe modelirovanie kak sredstvo povysheniya motivacii obucheniya u bakalavrov professional'nogo obrazovaniya [Game modeling as a means of increasing the motivation for learning among bachelors of vocational education]. Uchenye zapiski Orlovskogo gosudarstvennogo universiteta = Scientific notes of Orel State University. 2021;(4):289-292. (In Russ., abstract in Eng.) EDN: KWFFKL
29. Dmitriev V.M., Gandzha T.V., Korotina T.Yu. Sistema vizualizacii i upravleniya vychislitel'nym eksperimentom v srede mnogourovnevogo modelirovaniya MARS [System of visualization and control of computational experiment in the environment of multilevel modeling MARS]. Doklady Tomskogo gosudarstvennogo universiteta sistem upravleniya i radioelektroniki = Proceedings of TUSUR University. 2010;(1-2):149-155. (In Russ., abstract in Eng.) EDN: MTHNSZ
30. Dmitriev V.M., Gandzha T.V., Kochergin M.I. Matrichno-topologicheskij analiz komponentnyh cepej [Matrix topological analysis of component circuits]. Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Upravlenie, vychislitel'naya tekhnika i informatika = Tomsk State University Journal of Control and Computer Science. 2023;(62):25-35. (In Russ., abstract in Eng.) https://doi.org/10.17223/19988605/62/3
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
Редакционная политика журнала основывается на традиционных этических принципах российской научной периодики и строится с учетом этических норм работы редакторов и издателей, закрепленных в Кодексе поведения и руководящих принципах наилучшей практики для редактора журнала (Code of Conduct and Best Practice Guidelines for Journal Editors) и Кодексе поведения для издателя журнала (Code of Conduct for Journal Publishers), разработанных Комитетом по публикационной этике - Committee on Publication Ethics (COPE). В процессе издательской деятельности редколлегия журнала руководствуется международными правилами охраны авторского права, нормами действующего законодательства РФ, международными издательскими стандартами и обязательной ссылке на первоисточник.
Журнал позволяет авторам сохранять авторское право без ограничений. Журнал позволяет авторам сохранить права на публикацию без ограничений.
Издательская политика в области авторского права и архивирования определяются «зеленым цветом» в базе данных SHERPA/RoMEO.
Все статьи распространяются на условиях лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная, которая позволяет другим использовать, распространять, дополнять эту работу с обязательной ссылкой на оригинальную работу и публикацию в этом журналe.
