CC BY
63
УДК 661.728.86
Юрков Н.К. , Якимов А.Н.
ФГБОУ ВО «Пензенский государственный университет», Пенза, Россия
ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения», Санкт-Петербург, Россия
КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ЕГО РОЛЬ В СОВРЕМЕННОМ ВУЗОВСКОМ ОБРАЗОВАНИИ
Рассмотрены особенности компьютерного моделирования явлений, процессов и систем. Показаны возможности и перспективы его использования в вузовском образовании
Метод математического моделирования является в настоящее время наиболее эффективным и универсальным для решения многих задач, возникающих в различных областях человеческой деятельности. Практически во всех специальных дисциплинах любой технической специальности при изложении основных теоретических положений широко пользуются математическими моделями. Математическая идеализация явлений при исследовании различных систем, математическое моделирование, базирующееся на возможностях вычислительной техники, становятся эффективным и надежным инструментом осознания осваиваемых профессиональных компетенций, формирования у студентов профессионального инженерного мышления и развития у них культуры моделирования [1].
Главное назначение моделей - упрощение получения информации об объекте моделирования. Вместе с тем модели выполняют и ряд других важных функций, полезных для современного вузовского образования [2]:
1. Познавательная функция, получение новых знаний, познание законов функционирования объекта.
2. Передача информации и знаний, выявление закономерностей и свойств.
3. Решение задач оптимизации и управления состоянием объекта или протеканием процессов.
4. Создание объектов с заранее заданными свойствами.
5. Диагностика состояния объекта, прогнозирование его поведения или прогнозирование развития процесса.
6. Имитация объектов и создание тренажеров.
7. Разработка игровых моделей и когнитивных моделей обучения.
Особую роль играют концептуальные модели, т.е. представления об объекте моделирования, которые сложились в сознании человека. Основой для формирования таких моделей являются результаты наблюдений, теоретический багаж исследователя. Научные законы формулируются как описание связей и взаимодействий между концептуальными моделями. Примером могут служить законы Ньютона, законы Кирхгофа, закон Гука и т.п. Таким образом, научные законы также являются в определенном смысле моделями реальности. На базе концептуальных моделей и соответствующих законов строятся модели целых классов явлений и процессов, которые образуют научные теории. Например, квантовая теория, теория твердого тела и т.п.
Особую роль в изучении явлений, процессов и систем играет компьютерно моделирование. Его сущность состоит в построении модели, которая представляет собой программный комплекс, описывающий поведение системы в процессе функционирования. Компьютерная модель предназначена для проведения с ней экспериментов на компьютере. Она имеет две составляющие - программную и аппаратную. Программная составляющая интерпретируется техническим устройством - процессором компьютера. Только в этом случае компьютерная модель способна отображать свойства объекта моделирования.
Компьютерное моделирование имеет следующие особенности [2]:
Компьютер - мощный инструмент проведения модельных экспериментов, так как позволяет хранить и быстро обрабатывать большие объемы информации.
Компьютерное моделирование позволяет исследовать модели высокой степени сложности, анализировать влияние множества факторов.
Применение компьютера привело к рождению новых направлений как в самом моделировании (имитационное и стохастическое моделирование, моделирование знаний), так и в различных прикладных науках (вычислительная физика, автоматизированное проектирование и т.п.).
Компьютерные модели стали основой математизации ряда областей науки и практической деятельности, которые ранее развивались как описательные и носили сугубо качественный характер.
В ходе компьютерного моделирования возможна визуализация результатов моделирования средствами виртуальной реальности.
Компьютер является инструментом создания самих моделей: предоставляется возможность автоматизированного построения модели, выбора численных методов и создания программы, реализующей вычислительную модель.
Для самостоятельного построения математических моделей, используемых в компьютерном моделировании, необходима хорошая математическая подготовка студентов. Организация математического образования в техническом вузе для решения профессиональных задач должна позволить выпускнику уметь в рамках своей специальности [3]: строить математические модели; ставить математические задачи;
выбирать подходящий математический метод и алгоритм для решения задачи;
применять для решения задачи численные методы с использованием современных компьютерных технологий;
применять качественные математические методы исследования;
на основе проведенного математического анализа вырабатывать практические выводы.
Однако следует отметить, что в технических вузах математика занимает двойственное положение. С одной стороны, это - особая общеобразовательная дисциплина, так как знания, полученные по математике, являются фундаментом для изучения других общеобразовательных, и общеинженерных и специальных дисциплин. С другой стороны, для большинства специальностей технических вузов математика не является профилирующей дисциплиной, и студенты, особенно на младших курсах, воспринимают ее лишь как некую абстрактную дисциплину. Необходима связь математики с будущей профессиональной деятельностью студентов, поскольку они еще не располагают в достаточном объеме знаниями профильных предметов и не могут оценить значения математических методов. Нужна интеграция математики с циклом профессиональных дисциплин, позволяющая проникнуть математическим методам в инженерно-техническую деятельность еще на младших курсах в вузе [3].
В настоящее время математическое моделирование и вычислительный эксперимент с использованием компьютеров стали составными частями общих подходов, характерных для современных информационных технологий. Математическое моделирование позволило объединить формальное и неформальное мышление и естественным образом сочетать способность компьютеров во много раз быстрее, точнее и лучше человека делать формальные арифметические операции, отслеживать логические цепочки с удивительными свойствами человеческого интеллекта - интуицией, способностью к ассоциациям и т.д. Кроме того, современные средства отображения информации дают возможность вести с компьютером диалог - анализировать альтернативы, проверять предположения, экспериментировать с математическими моделями [4].
Долгое время препятствиями для широкого использования компьютерного моделирования в образовательных целях была необходимость создания компьютерных моделей средствами программирования, которое требует серьезных затрат времени и сил. Применение инструментальных программных комплексов визуального моделирования предоставляет возможность быстрой разработки компьютерных моделей и проведения модельного эксперимента. Программные комплексы визуального моделирования позволяют быстро конструировать модели, наглядно представлять результаты моделирования, варьировать значения параметров модели в ходе экспериментов, т.е. позволяют сконцентрировать внимание на модельном эксперименте [2].
Так как построение моделей принципиально упрощается, то основой изучения процессов, явлений и систем становится компьютерный эксперимент, т.е. активная творческая форма проведения занятий. Таким образом, организация занятий на основе инструментальных программных комплексов моделирования позволяет повысить качество преподавания и результаты учебной деятельности. Результатом обучения будет знание, полученное активным творческим путем. Таким образом, компьютерное моделирование составляет неотъемлемую часть не только современной науки и техники, но и образования, причем по важности для вузовского образования оно приобретает первостепенное значение.
Литература
1. Бурулько, Л. К. Проблемы обучения и организация учебного процесса в вузе / Л.К. Бурулько, Ю.Н. Дементьев // Электромеханические преобразователи энергии: материалы VII Международной научно-технической конференции (14-16 октября 2015 г., г. Томск). - Томск: Изд-во ТПУ, 2015. - С. 322326.
2. Королев, А. Л. Компьютерное моделирование в образовании/ А. Л. Королев// Problems of modern pedagogics in the context of international educational standards development: Materials digest of the XL International Research and Practice Conference and I stage of the Championship in Pedagogical sciences. (London, January 31- February 05, 2013). Chief editor - Pavlov V. V. - Лондон: Издательство Международная академия наук и высшего образования, 2013. P. 126-128. -http://gisap.eu/ru/node/18 917 (дата обращения: 10.05.2017).
3. Ольнева, А.Б. Некоторые проблемы математического образования в техническом вузе/ А.Б. Оль-нева, О.В. Феоктистова, Н.Н. Янцохина //Классическое университетское образование для XXI века: доступность, эффективность, качество. Сб. науч. тр. Шестой Межд. заочной научно-метод. конф.: в 2 х ч. - Ч. 2. - Саратов: Изд-во «Издательский Центр «Наука», 2009. - С. 100-104.
4. Юрков, Н.К. Модельное представление электронных средств/ Н.К. Юрков, А.Н. Якимов // Сборник трудов IX Международной научно-практической конференции «Информационные и коммуникационные технологии в образовании, науке и производстве» (г. Протвино, 27 июня - 01 июля 2016г.) / под ред. Ю.А. Романенко, Н.А. Анисинкиной, О.А. Солошенко, С.А. Чвелёвой. - Протвино: АО «НПО «Турботех-ника», 2016. - С. 403-405.
УДК 681.321.3:339.138 Петров Б.М.
МОДЕЛИ И МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ МОЛОДОГО, КРАСИВОГО, УСПЕШНОГО, ЛЮБИМОГО И СЧАСТЛИВОГО ДОЛГОЛЕТИЯ ДО 150 ЛЕТ
С УЧЕТОМ ЖИВУЧЕСТИ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ
Цель работы. Рассмотрение особенностей процессов молодости, красоты, успеха, любви и счастья (МКУЛС) человека с учетом современных теорий старения: генных и квантовых технологий, влияющих на обеспечение живучести. Разработка моделей оценки и методов обеспечения МКУЛС до 150 лет, позволяющие учесть влияние физиологических факторов (ФЛФ), на живучесть человека, обеспечивающих молодое (активное, энергичное, стройное, спортивное, здоровое), красивое,
любимое
и
счастливое
долголетие
успешное, (МКУЛСД).
Задачи исследования.
- Анализ процессов функционирования и критериев отказов физиологических составляющих человека;
- Исследование воздействия различных видов отказов (сбоев, ошибок, тиристорных эффектов, внезапных отказов), потери: молодости, красоты.
Научная новизна. Разработана модель оценки вероятности живучести физиологических составляющих (молодости, здоровья и красоты) человека с учетом влияния различных процессов старения, износа, оздоровления и омоложения человека и теории антистарения, методов обеспечения МКУЛСД.
Предположения основные и идеи подхода заключаются в том, что че-ловеческое тело (машина, имеющая: ТС+ПС+ энергию питания (БЭ)) - это только часть образа, существа, в котором происходят структурные преоб-разования энергии, информации, материи с учетом правильного управления внутренней исцеляющей системой (критерий: количество операций в вашем теле с учетом возраста их проведения, чем больше, тем хуже), а главное энергоинформационного обмена и питания с учетом различных видов избыточности на каждом уровне, за счет выполнения процессов восстановления, оздоровления, обновления (омоложения) на клеточном и системном уровнях.
При этом необходимо совершенствовать процессы:
1) защиты за счет повышения точности и регулярности диагностики сбоев и отказов;
2) обеспечение живучести (отказоустойчивости, запаса прочности) на клеточном и системном уровнях;
3) обеспечение сбалансированного питания для строительства новых клеток;
4) снижения трудоемкости и времени планово-профилактических работ;
5) сокращение стоимости оздоровительных и омолодительных процессов.
Легенда: влюбилась богиня в Эроса и говорит Зевсу: «Эрос: 1) молодой, 2) здоровый, 3) стройный (стройность - это лицо молодости), 4) активный, 5) энергичный (БЭ хватает на 600 физиологических процессов), 6) красивый, 7) веселый (психологически устойчивый, поет, танцует, радуется жизни), 8) умный, мозг управляет 10 системами, 9) успешный, финансово свободный, 10) любвиобильный, 11) счастливый, 12) поэтому богиня только хочет, чтобы Зевс сделал его долголетним». В 7 6 лет соответствую 9 характеристикам. Надо разобраться ещё с тремя.
Рассмотрим три составляющие, ранее на этом симпозиуме, я уже говорил о них: 1) о биоэнергетике (о торсионных биополях ученые спорят уже больше 150 лет), с учетом анализа процессов дислокации, дисклинации в кристаллической решетке атомно-молекулярных биоэнергетических системы, имеющие единые процессы дефектообразования на наноуровне, и нет уже различий между живой и неживой материи; 2) о психологии (500 методов работы со 120 страстями-эмоциями, каждая имеет от 4 до 8 умственных операций, половина из них положительные, а половина негативные): НЛП, саногенное мышление, психоанализ Фрейда, дианетика, исповедывание (пример: обида имеет смесь трёх распределений); 3) о благополучии говорят более ста лет.
Основные научные достижения сейчас происходят по 4-й составляющей, кто родился после Великой
