CC BY
23
Литература
1. Васильев О. Убрать «эффект бабочки» // Гимнастика. 2013. № 1. С. 30-36.
2. Болобан В., Мистулова Т. Стабилография: достижения, перспективы // Наука в олимпийском спорте. 2000. Спец. вып.
3. Слива С. С. Применение стабилографии в спорте // Первая Всероссийская научно-практическая конференция «Мони-
торинг физического развития, физической подготовленности различных возрастных групп населения». Сб. докладов. Нальчик, 2003.
4. Казакова О. В., Щипицын П. Г. Стабилометрическое тестирование спортсменов некоторых специализаций. Челябинск: Южно-Уральский государственный университет.
5. Мистулова Т. Е. Методика стабилографии в научно-методическом обеспечении подготовки сборных команд Украины// Вестник спортивной науки. 2008. № 4.
УДК 612.171.1
И. С. Лебеденко,
канд. техн. наук, доцент,
Е. С. Белянская, канд. техн. наук, доцент, Тульский государственный университет
Использование в учебном процессе виртуальных лабораторных работ по моделированию функционирования сердца
Ключевые слова: виртуальная, лабораторная работа, математические модели, функционирование сердца. Keywords: virtual laboratory work, mathematical models, the functioning of the heart.
Рассматриваются вопросы постановки виртуальных лабораторных работ по математическим моделям функционирования сердца.
С 2005 года по настоящее время на кафедре «Приборы и биотехнические системы» (ПБС) силами преподавателей и студентов ведется разработка математических моделей функционирования сердца, с помощью которых можно производить экспериментальные исследования без причинения вреда здоровью человека, получать информацию о нагрузках, переносимых сердцем, поведении сердечной мышцы в норме и при возможных отклонениях работы, в частности при инфаркте, пролапсе митрального клапана и других патологиях.
Актуальность проводимых исследований связана с тем, что сердечно-сосудистые заболевания занимают первое место среди причин смертности населения как развитых, так и развивающихся стран. В соответствии с данными ВОЗ, насчитывается около 16 миллионов летальных исходов в год, что составляет около трети общей смертности.
В настоящее время проводятся различного рода исследования в области заболеваний сердца и сердечно-сосудистой системы в целом, а именно:
производство искусственных клапанов сердца (биопротезов) и различных модификаций всего сердца (в качестве временного имплантата), исследование кровенаполнения сосудов методами плетизмографии, определение свойств кровотока с помощью до-плерографии, изучение механических свойств сердечной мышцы, изучение электрических явлений в сердце (определение биопотенциалов сердца методом электрокардиографии) и многое другое. Производится большое количество медицинской аппаратуры и приборов для диагностики сердечных заболеваний и их лечения (кардиостимуляторы). Однако невозможность проводить экспериментальные исследования на сердце in vivo (в живом организме) приводит к необходимости разработки различных моделей. Поэтому в последнее время широко ведутся научные работы в области создания математической модели сердца, на которой можно проводить различного рода эксперименты без причинения вреда здоровью человека.
Разработанная система моделей включает две связанные между собой подсистемы: механико-гидравлическую и электрическую подсистемы авто-матии сердца, расчетные схемы и математические модели которых были опубликованы ранее [1]. На основе исходной схемы были получены расчетные схемы и математические модели, отражающие ра-
№ 3(33)/2014 I
биотехносфера
Материалы Russian-German conference on Biomedical Engineering
Рис. 1 \ Интерфейс программы по контролю начального уровня знаний студента
i М*1фм«1Ичес«*я >лодел* сердил Тест 1mti MyTeitStiuknt _Щ|Я[
| Файп Тест Настроила Справка
I I'^iiJyjpfcaU.Wi
Тест "" 1акончен... Всего заданий в тесте 11. Вами выполнено заданий И Из них правильно 9 (81 ^8% выполнены* заданий) Из них ошибок: 2 (18,2% выполнены?; заданий).
Результативное Набрано балла Оценки: 4, Время начала С Результаты тестирования (Петров 1) X
Всего задании в тесте: 11 Всего -заданий задано: 11 DOflpOilM щ , у 1
1 в» 1
*) Из них правильно: 9 Резу/ътативнооть; 81,8%. i-Jfir^l:
Набрсно баяное- 9,0 иа 11 возможны*, Ваш р^зугътзг 81,8%, •
Ваша оценка: 4
1 J« 1
Дапьик (проверить) üw^
Тест идет 11/11 00:03:20 00:00:04 0 Ценз 1 балл 1 Петров 1
Рис. 2 | Диаграмма результатов тестирования
боту сердца при различных патологиях, таких как слипчатый перикардит, стеноз и пролапс митрального клапана, прободение межжелудочковой перегородки, тетрада Фалло [3].
Полученные модели используются в учебном процессе по направлению 201000 «Биотехнические
системы и технологии» для проведения виртуальных лабораторных работ по дисциплине «Моделирование биологических процессов и систем» [2]. Перед проведением данных работ студентам предлагается самостоятельно изучить методические указания в виде презентации по физиологии сердца и сердечно-со-
биотехносфера
| № 3(333/2014
Рис. 3 | Результаты моделирования
судистой системы, после чего пройти компьютерное тестирование с использованием специально разработанной программы. Задания содержат вопросы с несколькими вариантами ответов, один из которых правильный (рис. 1).
По окончании тестирования выводится график выполнения теста студентом, с диаграммой правильных ответов и отчетом по прохождению теста (рис. 2). Данный этап контроля можно считать проверкой начального уровня знаний.
Затем студенту предоставляется индивидуальное задание, которое он должен выполнить, используя разработанное программное обеспечение (рис. 3). В частности, предлагается при заданных физиологических параметрах провести моделирование функционирования сердца в норме и при патологии, получить графики переходных процессов, проанализировать полученные результаты.
После выполнения индивидуального задания студенты проходят контрольное тестирование, которое содержит вопросы на соответствие, открытые вопросы, вопросы по установлению правильной последовательности. По результатам данного теста, а также по графикам, отражающим работу сердца в норме и при различных патологиях, можно судить о степени
освоения материала данной лабораторной работы, а также об оценке выполнения задания на уровнях «уметь» и «владеть» компетентностного подхода.
Таким образом, использование математических моделей сердца в норме и при патологиях при проведении виртуальных лабораторных работ позволяет комплексно оценить компетенцию студентов направления 201000 «Биотехнические системы и технологии», а также повысить уровень освоения учебного материала.
Литература
1. Математическая модель сердца / И. С. Лебеденко, Е. С. Новоселова, А. С. Ракитянская, Ю. А. Ефимцева. Биотехносфера. 2009. № 3. Санкт-Петербург, 2009. С. 24-31.
2. Лебеденко И. С., Новоселова Е. С., Томашвили А. В. Виртуальная лабораторная работа «Математическая модель насосной функции сердечно-сосудистой системы» // Медицинские приборы и технологии: Сб. статей. Тула: ТулГУ, 2009. С. 96-99.
3. Математическое моделирование биологических объектов методом физико-технической функциональной аналогии / С. В. Антоненко, Е. С. Белянская, А. Ф. Индюхин, И. С. Лебеденко // Вестник новых медицинских технологий: Электронный журнал. Т. 7. № 1. ТулГУ, 2013.
№ 3(33)/2014 |
биотехносфера
