CC BY
23
УДК 502.55.001.18
Л.А. Запасная, Т.В. Савицкая
Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева, Москва, Россия
МЕЖДИСЦИПЛИНАРНАЯ АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА ОБУЧЕНИЯ И ИНФОРМАЦИОННО-ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ РЕСУРСЫ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ ХИМИКОВ-ТЕХНОЛОГОВ
Рассмотрен опыт создания, использования и адаптации к новым стандартам образования междисциплинарной автоматизированной системы обучения для подготовки химиков-технологов, а также опыт разработки и применения электронных учебных пособий, видеоуроков, лабораторных практикумов для подготовки специалистов по проблемам безопасности опасных производственных объектов.
In this work experience of creation, use and adaptation to new standards of formation of the interdisciplinary automated system of training for preparation of chemists-technologists, and also experience of development and application of electronic manuals, video lessons, laboratory practical works for training of specialists on problems of safety of dangerous production objects is considered.
Информационные технологии в образовании относятся к важнейшим компонентам современных образовательных систем всех ступеней и уровней подготовки специалистов и реализуемых в них образовательных процессов. Внедрение информационных технологий в процесс подготовки специалистов различных форм обучения в системе дистанционного обучения должно осуществляться в соответствии с Федеральными государственными образовательными стандартами (ФГОС) по направлениям и специальностям (профилям) подготовки специалистов, бакалавров, магистров как при изучении отдельных дисциплин, так и с позиций междисциплинарного подхода.
По этим причинам актуальным является разработка междисциплинарной автоматизированной системы обучения(АСО) для подготовки химиков-технологов в соответствии с требованиями ФГОС.
Разрабатываемая информационно-образовательная среда должна быть открытой для различных групп специалистов, организовывать подготовку по направлениям и профилям (или специальностям), но с другой стороны, она должна иметь специализированную направленность подготовки: естественно научная, технологическая, в области промышленной и экологической безопасности и т.п.).
В Российском химико-технологическом университете им. Д.И. Менделеева (РХТУ им. Д.И. Менделеева) на кафедре компьютерно-интегрированных систем в химической технологии (КИС ХТ) на протяжении 8 лет ведутся работы по разработке и внедрению в учебный процесс междисциплинарной АСО. Первоначально был разработан статический вебсайт - автоматизированный лабораторный комплекс для организации выполнения лабораторных работ в режиме дистанционного обучения [1]. По мере развития комплекса и одновременного с этим совершенствования системы подготовки специалистов стала очевидна необходимость расширения его функциональных возможностей. В настоящее время первоначально разработанный автоматизированный лабораторный комплекс трансформировался в междисциплинарную АСО [2] на основе информационных и интер-
нет-технологий для подготовки специалистов различных направлений, специальностей и форм обучения.
Междисциплинарная ACO представляет собой полнофункциональный комплекс информационно-образовательных, информационно-методических и учебно-исследовательских ресурсов, необходимых для изучения широкого круга общепрофессиональных и специальных дисциплин в процессе подготовки химиков-технологов с использованием систем удаленного доступ [3].
Междисциплинарная ACO реализуется на основе компьютерных и сетевых технологий обучения и представляет собой единую информационно-образовательную среду, состоящую из предметно и информационно взаимосвязанных между собой дисциплин по направлениям и специальностям подготовки дипломированных специалистов, бакалавров и магистров [1].
Важным аспектом в междисциплинарной ACO является возможность гибкого планирования процесса обучения. Также немаловажно чтобы междисциплинарная ACO соответствовала следующим требованиям:
- способностью адаптироваться к изменяющимся требованиям ФГОС;
- использованием методов искусственного интеллекта для анализа и обработки данных по результатам контроля знаний и сравнения базовых и вариативных дисциплин и компетенций во ФГОС различных направлений подготовки;
- являлась общедоступной в режиме удаленного доступа, включая интегрированные банки тестовых заданий;
- использовала активные методы обучения и новые средства обучения (например, видеоуроки).
Функциональная структура междисциплинарной ACO включает информационно-образовательные, учебно-исследовательские и информационно-методические ресурсы [1]. ^стема предназначена для обучения и удаленной проверки знаний обучающихся. На сайте системы [2] представлены перечни дисциплин, по которым реализованы более 50 лекций, 4 электронных учебных пособия, около 20 описаний лабораторных практикумов, подготовлены банки тестовых заданий по четырем дисциплинам и два междисциплинарных банка тестовых заданий [4]. По каждой дисциплине также представлены программа курса, рабочий план, перечень лабораторных работ и заданий к ним, учебные пособия по курсу, словарь по курсу, библиографический список и тесты для самоконтроля и итогового контроля знаний.
В целом структура междисциплинарной ACO является открытой, гибкой, модульной. O^ предусматривает возможность расширения как функциональных возможностей, так и информационного наполнения. Эти качества системы позволяют быстро и эффективно реализовать гибкую перенастройку и адаптацию реализованных в ней различных видов ресурсов в зависимости от требований подготовки специалистов по различным направлениям, специальностям и программам.
В последние годы одним из перспективных направлений образовательного процесса стала разработка информационно-образовательных ресурсов в виде объектов мультимедиа. ^временный уровень подготовки специалистов ставит целью обучение студентов и закрепления ими на практике полученных знаний в области анализа риска и оценки последствий ава-
рий на опасных производственных объектах химической и смежных отраслей промышленности, декларирования пожарной безопасности и оценки пожарного риска. Студентам необходимо приобретать навыки работы с комплексами программных средств и обучающими системами в области промышленной безопасности, автоматизированными информационными системами и базами данных по опасным веществам, материалам и оборудованию. В этой связи разработка комплексов лабораторных работ и видеоуроков для обучения студентов знаниям в области оценки риска является актуальной задачей.
Для реализации поставленной задачи на кафедре КИС XT РХТУ им. Д.И. Менделеева совместно с разработчиками программного комплекса ТОКСИ+к1як ЗАО «Научно-технический центр исследований проблем промышленной безопасности» [5] подготовлены лабораторные работы.
В качестве средства разработки видеоуроков использовалось программное средство Camtasia Studio - программный комплекс для создания презентаций и интерактивных обучающих видеоуроков, который может осуществлять запись с экрана последовательности действий из заранее помеченной области рабочего стола и сохранять последовательность кадров в виде видеофайла стандарта Audio Video Interleave (AVI).
В рамках этой работы подготовлены три лабораторных практикума: комплекс лабораторных работ по моделированию рассеивания опасных веществ в атмосферном воздухе при авариях на химически опасных объектах; комплекс лабораторных работ по моделированию и оценке последствий взрывов и пожаров на опасных производственных объектах; комплекс лабораторных работ по оценке риска и расчету пожарного риска для наружных установок и непроизводственных зданий. Каждый из практикумов включает от трех до пяти лабораторных работ, которые, в свою очередь, состоят из описания лабораторных работ, 2-4 примеров решения типовых задач, видеоуроков, вариантов заданий на лабораторные работы.
Описанный опыт разработки тематических видеоуроков также был использован для формирования информационно-образовательных ресурсов по различным дисциплинам, входящим в состав автоматизированного лабораторного комплекса на кафедре КИС XT. Разработано 4 видеоурока для проведения практических занятий, направленных на приобретение навыков работы со специализированным программным обеспечением в области анализа риска, оценки последствий аварий и управления безопасностью химически опасных объектов на основе методик [6,7].
Объем видеоуроков составляет около 60 Мб, продолжительностью около 1 часа. Пользователь может сам выбрать как ему знакомиться с программой, либо сначала просмотреть видеоурок до конца, а затем применить полученные знания на практике, либо параллельно с просмотром видеоурока по тематическим частям выполнять последовательность действий в программе.
Проведена апробация подготовленных видеоуроков при выполнении лабораторных работ на кафедре КИС XT в учебном процессе по курсам «Компьютерные системы проектирования гибких химических производств», «Методы синтеза многоассортиментных экологически чистых химических
производств». Планируется массовое внедрение в учебный процесс РХТУ им. Д.И.Менделеева в 2012/2013 учебном году для подготовки специалистов всех направлений химико-технологического профиля при изучении курсов по дисциплинам «Безопасность жизнедеятельности»; «Гражданская оборона», а в перспективе указанные информационно-образовательные ресурсы будут адаптированы к подготовке бакалавров и магистров по направлениям 241000 - «Энерго-и ресурсосберегающие процессы в химичес ких технологиях, нефтехимии и биотехнологии» и 280700 - «Техносферная безопасность».
Указанные видеоуроки можно использовать для повышения квалификации специалистов, а полученные с использованием комплексов программных средств результаты вычислительных экспериментов использовать при создании баз данных в интеллектуальных системах управления безопасностью химических опасных объектов.
Для теоретической подготовки специалистов и самоконтроля знаний в процессе изучения материала подготовлено и реализовано электронное учебное пособие по проблемам управления безопасностью химически опасных объектов (ХОО) на основе новых информационных технологий.
В настоящем электронном учебном пособии описаны модели и методы управления безопасностью химических производств и качеством атмосферного воздуха в интеллектуальных системах поддержки принятия решения (СППР) по управлению промышленной и экологической безопасностью ХОО.
Рассмотренные в пособии модели и методы на основе искусственного интеллекта: фреймовых и продукционных моделей представления знаний в экспертных системах, позволяют на качественно новом уровне реализовать поиск управляющих воздействий, направленных на предотвращение возникновения отказов и аварийных ситуаций.
Реализация данных методов в СППР позволяет осуществлять управление промышленной и экологической безопасностью в режиме реального времени, что в конечном итоге должно способствовать повышению уровня безопасности ХОО.
Электронное учебное пособие и обучающие видеоуроки размещены на выделенном сервере Шр^/стззегуег.тийг.еёи.гиЫкт-^тёех.рЬр/в разделе «Дополнительное образование» ^ «Специализированная образовательная программа».
Таким образом, в работе рассмотрены вопросы создания информационно-образовательных, учебно-исследовательских и информационно-методических ресурсов междисциплинарной АСО на основе сетевых технологий и представлен учебно-методический опыт использования разработанных ресурсов для подготовки химиков-технологов и повышения квалификации специалистов в системе очного и заочно-дистанционного обучения.
Библиографические ссылки
Х.Егоров А.Ф. Разработка автоматизированных лабораторных комплексов: учеб. пособие / А. Ф. Егоров, Т. В. Савицкая, С. П. Дударов, А. В. Горанский, В. П. Бельков, И. Б.Шергольд. - М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2006. - 176 с.
2. Междисциплинарная автоматизированная система обучения для подготовки химиков-технологов [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://cisserver.muctr.edu.ru/alkmw (дата обращения: 22.04.2012).
3. Автоматизированный лабораторный комплекс [Электронный ресурс]. -Режим доступа: http://cisserver.muctr.ru/alkmoodle (дата обращения: 22.04.2012).
4. Савицкая Т.В. Рекомендации по организации обучения и контроля знаний с использованием учебно-методического комплекса по проблемам химической безопасности / Т. В. Савицкая, А. Ф. Егоров. - М.: РХТУ им. Д.И.Менделеева, 2011. - 140 с.
5. Программный комплекс по расчету последствий аварий и расчету пожарного риска ТОКСИ+ [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://safety.ru/toxi.
6. РД 03-409-01. Методика оценки последствий аварийных взрывов топ-ливно-воздушных смесей // Методики оценки последствий аварий на опасных производственных объектах: сборник документов. Серия 27. Выпуск 2. - М.: ФГУП «НТЦ «Промышленная безопасность», 2005. - С. 81-122.
7. Методика расчёта концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий: общесоюзный нормативный документ. - Л.: Гидрометеоиздат, 1987. - 93 с.
УДК 519.63
А.С. Скичко, М.С. Шишмарёв, Ф.В. Проходский, Л.О. Хорошавин, А.Н. Диев, Э.М. Кольцова
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
СРАВНЕНИЕ ЧИСЛЕННЫХ МЕТОДОВ РЕШЕНИЯ ДВУХМЕРНЫХ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ УРАВНЕНИЙ ПАРАБОЛИЧЕСКОГО ТИПА
В данной работе были рассмотрены различные численные методы решения двумерных дифференциальных уравнений параболического типа. Исследовались следующие схемы: схема расщепления, схема предиктор-корректор, схема переменных направлений и схема со стабилизирующей поправкой. В ходе работы были выявлены факторы, влияющие на точность расчётов и выбор оптимального метода численного решения.
This article considers various numerical methods for two-dimensional parabolic differential equations. It considers a splitting difference scheme, a predictor-corrector scheme, an alternating direction scheme as well as a flattening correction scheme. As results of our research factors that correlate with computation accuracy and optimal method chosen were detected.
При моделировании явлений или процессов, как природно-естественного, так и технического характера часто возникает необходимость решения сложных задач математической физики, в частности многомерных дифференциальных уравнений параболического типа, с применением численных методов. В настоящее время известно несколько используемых для этого разностных схем, построение которых осуществляется на основе ме-
