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.