Технологии виртуальных моделей в обучении специалистов
Проанализированы теоретические и методические возможности и тенденции использования виртуальных моделей, информационных и коммуникационных технологий в обучении специалистов....
Gespeichert in:
| Datum: | 2017 |
|---|---|
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України
2017
|
| Schriftenreihe: | Комп’ютерні засоби, мережі та системи |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/131519 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Технологии виртуальных моделей в обучении специалистов / Е.А. Тимашов // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2017. — № 16. — С. 139-145. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-131519 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1315192018-03-24T03:03:54Z Технологии виртуальных моделей в обучении специалистов Тимашов, Е.А. Проанализированы теоретические и методические возможности и тенденции использования виртуальных моделей, информационных и коммуникационных технологий в обучении специалистов. Проаналізовано теоретичні та методичні можливості і тенденції використання віртуальних моделей, інформаційних і комунікаційних технологій в навчанні фахівців. The theoretical and methodical possibilities and tendencies of using virtual models, information and communication technologies in training specialists are analysed. 2017 Article Технологии виртуальных моделей в обучении специалистов / Е.А. Тимашов // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2017. — № 16. — С. 139-145. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. 1817-9908 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/131519 004.3 ru Комп’ютерні засоби, мережі та системи Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| description |
Проанализированы теоретические и методические возможности и тенденции использования виртуальных моделей, информационных и коммуникационных технологий в обучении специалистов. |
| format |
Article |
| author |
Тимашов, Е.А. |
| spellingShingle |
Тимашов, Е.А. Технологии виртуальных моделей в обучении специалистов Комп’ютерні засоби, мережі та системи |
| author_facet |
Тимашов, Е.А. |
| author_sort |
Тимашов, Е.А. |
| title |
Технологии виртуальных моделей в обучении специалистов |
| title_short |
Технологии виртуальных моделей в обучении специалистов |
| title_full |
Технологии виртуальных моделей в обучении специалистов |
| title_fullStr |
Технологии виртуальных моделей в обучении специалистов |
| title_full_unstemmed |
Технологии виртуальных моделей в обучении специалистов |
| title_sort |
технологии виртуальных моделей в обучении специалистов |
| publisher |
Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України |
| publishDate |
2017 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/131519 |
| citation_txt |
Технологии виртуальных моделей в обучении специалистов / Е.А. Тимашов // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2017. — № 16. — С. 139-145. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
| series |
Комп’ютерні засоби, мережі та системи |
| work_keys_str_mv |
AT timašovea tehnologiivirtualʹnyhmodelejvobučeniispecialistov |
| first_indexed |
2025-07-09T15:38:46Z |
| last_indexed |
2025-07-09T15:38:46Z |
| _version_ |
1837184354459058176 |
| fulltext |
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2017, № 16 139
E. Timashov
TECHNOLOGIES OF VIRTUAL
MODELS IN TRAINING
OF SPECIALISTS
The theoretical and methodical pos-
sibilities and tendencies of using
virtual models, information and
communication technologies in
training specialists are analysed.
Key words: test system, virtual
models.
Проаналізовано теоретичні та
методичні можливості і тенден-
ції використання віртуальних мо-
делей, інформаційних і комуніка-
ційних технологій в навчанні фа-
хівців.
Ключові слова: системний аналіз,
віртуальні моделі.
Проанализированы теоретиче-
ские и методические возможно-
сти и тенденции использования
виртуальных моделей, информа-
ционных и коммуникационных
технологий в обучении специали-
стов.
Ключевые слова: системный ана-
лиз, виртуальные модели.
Е.А. Тимашов, 2017
УДК 004.3
Е.А. ТИМАШОВ
ТЕХНОЛОГИИ ВИРТУАЛЬНЫХ
МОДЕЛЕЙ В ОБУЧЕНИИ
СПЕЦИАЛИСТОВ
Текущий момент характеризуется катастро-
фическим ростом информации, которую не-
обходимо обрабатывать для поддержания
прогресса в развитии современной науки.
Объем данных растет быстрее, чем произво-
дительность компьютеров, которая, следуя
закону Мура, удваивается каждые полтора
года. Объем данных, в научных исследова-
ниях, также увеличивается по экспоненци-
альному закону.
Важнейшей вехой на пути преодоления
«кризиса данных» стал отчет Национального
научного фонда США «Визуализация в на-
учных вычислениях» (1987 г.), подчеркнув-
ший важность интерактивной визуализации
больших массивов данных и обративший
внимание научной общественности на зна-
менитый афоризм Хемминга: «Целью вычис-
лений являются не числа, а понимание (по-
стижение, проникновение в суть, интуиция,
insight)». В результате было сформировано
новое научное направление «Научная визуа-
лизация», развивающее методы и средства
понимания решаемых проблем за счет при-
влечения к анализу данных способности че-
ловека видеть и понимать изображения (по
данным когнитивной психологии порядка
80 % информации о окружающем мире чело-
век приобретает посредством зрительного
восприятия) [1]. Данный функционал систем
визуализации получил широкое распростра-
нение в последние 10–20 лет. Виртуальная
реальность – идеальная обучающая среда для
создания тренажеров и симуляторов, кото-
рые в современном понимании появились
Е.А. ТИМАШОВ
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2017, № 16 140
только в индустриальном обществе, когда возникла необходимость массовой
подготовки специалистов для работы либо на однотипном оборудовании, либо
со схожими рабочими действиями, в первую очередь для военных нужд. Ком-
пьютеризация мирового сообщества, с созданием сложнейшей техники, экс-
плуатация которой связана с риском для жизни не только одного человека, но и
человечества в целом, возникла целая индустрия – тренажерные и симуляцион-
ные технологии, которые по праву могут считаться технологиями виртуальной
реальности. Тренажерные технологии возникли и получили наибольшее разви-
тие там, где ошибки при обучении на реальных объектах могут привести к чрез-
вычайным последствиям, а их устранение – к большим финансовым затратам: в
военном деле, медицине, ликвидации последствий стихийных бедствий, в атом-
ной энергетике, авиации и космосе, высокотехнологичном производстве. Иссле-
дования компании Haskett consulting inc. (HCI) утверждают, что «люди запоми-
нают 20 % того, что они видят, 40 % того, что они видят и слышат и 70 % того,
что они видят, слышат и делают». Необходимым элементом эффективного обу-
чения являются постоянные тренировки.
Поколения современного оборудования меняются быстро, поэтому прихо-
дится быстро менять и тренажеры. Учитывая данное экономичнее создать вир-
туальный тренажер, который будет гораздо легче модернизировать, не отставая
от развития техники.
Тренажерные технологии – это сложные комплексы, системы моделирова-
ния и симуляции, системы визуализации, компьютерные программы и физиче-
ские модели, специальные методики, создаваемые для того, чтобы подготовить
человека к принятию качественных и быстрых решений [2]. В современных тре-
нажерах и в программах подготовки и обучения, основанных на них, заклады-
ваются принципы развития практических навыков с одновременной теоретиче-
ской подготовкой, т. е. тренажер способен развиваться вместе с обучаемым.
Реализация такого подхода стала возможна в связи с бурным развитием и уде-
шевлением компьютерной техники и прогрессом в области создания технологий
виртуальной реальности, машинного зрения, систем искусственного интеллекта
и т. п. На базе этих технологий разработаны многочисленные тренажеры для
военного применения, позволяющие имитировать боевые действия с высочай-
шей детальностью в реальном времени, создано множество приложений техно-
логии виртуальной реальности для медицины, позволяющих проводить опера-
ции электронному пациенту с высокой степенью достоверности и т. п. Любой
компьютерный тренажер в своей основе является системой виртуальной реаль-
ности, где человек осуществляет навигацию, управляя виртуальной моделью
того или иного транспортного или любого другого технологического приспо-
собления. В любом тренажере есть механическая часть, имитирующая управле-
ние имитируемым объектом, которая передает ускорения и вибрации, и компью-
терная, которая собственно и обеспечивает иллюзию управления путем коорди-
нации действий с визуальными, звуковыми и прочими эффектами. Компьютер-
ная часть, в свою очередь, подразделяется на систему визуализации, так назы-
ТЕХНОЛОГИИ ВИРТУАЛЬНЫХ МОДЕЛЕЙ В ОБУЧЕНИИ СПЕЦИАЛИСТОВ
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2017, № 16 141
ваемую сцену из окна (Out of the window scene) и контрольно-управляющую
часть (host computing system).
Анализ процесса подготовки специалистов с использованием виртуальных
моделей, информационных и коммуникационных технологий [3] позволил обос-
новать использования виртуальных моделей различных видов.
1. ЭМПИРИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ
Выполнение опытов (наблюдений, экспериментов) – сбор фактов.
Функции виртуальной среды и средства их реализации.
1. Учебное исследование.
1.1. Автоматизированный натурный опыт. Цель – регистрация и обработка
данных натурного опыта (наблюдения, эксперимента) средствами виртуальной
среды.
1.2. Виртуальный эксперимент реализующий связь эмпирического и теоретиче-
ского уровней познания, а также научного познания и прикладных технических
исследований.
1.2.1. Моделирование явления на основе теории.
Цель – построение модели явления с помощью языков программирования, ИП,
учебных инструментальных сред, в частности учебных конструкторов (сборка
модели из «готовых» элементов); исследование особенностей поведения «гото-
вой» модели при различных значениях ее параметров и в различных условиях.
1.2.2. Моделирование работы экспериментальной установки на основе теории
(виртуальный аналог натурных стендовых испытаний).
Цели: построение модели установки с помощью языков программирования, ИП,
учебных инструментальных сред, в частности учебных конструкторов (сборка
модели из «готовых» элементов); определение рациональных схем и эффектив-
ных режимов проведения натурных испытаний.
1.3. Виртуальная симуляция физического эксперимента.
Цель – исследование особенностей поведения «готовой» модели явления при
различных значениях ее параметров и в различных условиях, определение на
основе исследования «готовой» модели экспериментальной установки рацио-
нальных схем и эффективных режимов проведения ее натурных испытаний.
1.4. Работа с базами данных для эмпирической систематизации фактов.
Цель – обработка и сопоставление данных различных серий натурных опытов с
использованием инструментов виртуальной среды (представление и сравнение
данных в виде графиков, диаграмм, таблиц, граф-схем и пр.); проектирование
при необходимости повторных серий экспериментов по уточнению эмпириче-
ской классификации данных.
1.4.1. Автоматизированный натурный эксперимент.
Цель – получение и обработка дополнительных данных.
1.5. Работа с базами данных для обобщения научных фактов – выявление эмпи-
рических закономерностей.
Цель – обработка данных серии однородных натурных опытов с использованием
инструментов виртуальной среды, представление данных в виде диаграмм, гра-
Е.А. ТИМАШОВ
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2017, № 16 142
фиков функциональных зависимостей, выявление вида зависимости, расчет ко-
эффициентов пропорциональности и пр.; выявление (уточнение) границ приме-
нимости методики; проектирование при необходимости повторных серий экспе-
риментов по уточнению вида зависимости.
1.5.1. Автоматизированный натурный эксперимент.
Цель– получение и обработка дополнительных данных для уточнения вида за-
висимости и границ применимости эмпирического закона.
1.6. Виртуальный эксперимент.
1.6.1. Моделирование явления на основе выявленных эмпирических закономер-
ностей.
Цель – построение модели явления с помощью языков программирования, ИП,
учебных инструментальных сред, в частности учебных конструкторов (сборка
модели из «готовых» элементов).
1.6.2. Моделирование работы экспериментальной установки на основе из-
вестных эмпирических законов (виртуальный аналог натурных стендовых
испытаний).
Цель – построение модели установки с помощью языков программирования,
ИП, учебных инструментальных сред, в частности учебных конструкторов
(сборка модели из «готовых» элементов); прогнозирование эффективных схем и
режимов проведения натурных испытаний.
1.6.3. Автоматизированный натурный эксперимент для эмпирического объясне-
ния и предсказания явлений (решение качественных и количественных задач на
основе эмпирических законов).
Цель – проверка следствий эмпирического закона: получение новых экспери-
ментальных данных, предсказываемых законом; проверка справедливости част-
ных закономерностей, следующих из данного закона.
1.7. Автоматизированный натурный эксперимент для формирования базиса
теории.
Цель – получение принципиально новых данных, объяснение которых в рамках
известных теорий отсутствует.
1.8. Виртуальный мысленный эксперимент для формирования базиса теории.
Цель – разработка модели мысленного эксперимента в виртуальной среде с ис-
пользованием ИП или языков программирования, учебных инструментальных
сред, в части ости учебных конструкторов (сборка модели из «готовых» элемен-
тов) (первое приближение); предварительная проверка справедливости модель-
ных представлений о сущности исследуемого явления – оценка прогностическо-
го и объясняющего потенциалов модели.
1.9. Виртуальный мысленный эксперимент для построения научной теории на
найденном основании в форме логической или логико-математической системы
утверждений (уравнений теории).
Цель – последовательные уточнения математической модели явления и их реа-
лизация в виртуальной среде с использованием ИП или языков программирова-
ния; дополнительное исследование свойств модели в ее новых приближениях;
анализ и интерпретация особенностей поведения модели для подготовки теоре-
ТЕХНОЛОГИИ ВИРТУАЛЬНЫХ МОДЕЛЕЙ В ОБУЧЕНИИ СПЕЦИАЛИСТОВ
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2017, № 16 143
тических оснований для полного аналитического описания явления в форме сис-
темы уравнений.
1.10. Виртуальный эксперимент.
1.10.1. Моделирование явлении на основе уравнений теории или ее следствий.
Цель – разработка моделей явлений на основе уравнений теории или их следст-
вий с помощью языков программирования, ИП, учебных инструментальных
сред, в частности учебных конструкторов (сборка модели из «готовых» элемен-
тов); исследование особенностей поведения моделей при различных значениях
их параметров и в различных условиях и формулировка следствий теории; пла-
нирование натурного эксперимента по проверке следствий теории и уточнению
границ ее применимости.
1.10.2. Моделирование работы экспериментальной установки на основе урав-
нений теории или их следствий (виртуальный аналог натурных стендовых
испытаний).
Цель – построение модели установки с помощью языков программирова-
ния, ИП, учебных инструментальных сред, в частности учебных конструк-
торов (сборка модели из «готовых» элементов); исследование особенностей
поведения моделей при различных значениях из параметров и в различных
условиях и формулировка следствий теории; планирование натурного экс-
перимента по проверке следствий теории и уточнению границ ее примени-
мости; определение эффективных схем и режимов проведения натурных
испытаний.
1.10.3. Автоматизированный натурный эксперимент.
Цель – проверка следствий теории: получение новых данных, предсказываемых
теорией в ранее не исследованных условиях протекания исследуемого явления;
проверка справедливости новых закономерностей, следующих из теории; опре-
деление границ применимости модельных представлений о сущности явления
(границ применимости теории).
2. УСВОЕНИЕ «ГОТОВОГО» ЗНАНИЯ
2.1. Виртуальная демонстрация явления. Демонстрация с помощью виртуаль-
ной модели внешних признаков явления при его протекании в естественных
условиях.
Цель – предъявление «готовых» фактов (в форме данных «виртуального наблю-
дения»).
2.2. Виртуальная демонстрация физического эксперимента.
Цель – изучение конкретной экспериментальной установки на ее виртуальной
модели; знакомство с методикой проведения эксперимента; предъявление «го-
товых» научных фактов (в форме данных виртуального модельного эксперимен-
та), в том числе в ситуациях варьирования условий «протекания» моделируемо-
го явления.
2.2.1. Виртуальная симуляция наблюдения (тренаж).
Цель – изучение средств наблюдения, освоение методики наблюдения с помо-
щью данных средств; имитация деятельности наблюдателя по «добыванию»
Е.А. ТИМАШОВ
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2017, № 16 144
фактов (в форме данных виртуального наблюдения) для освоения наблюдения
как метода познания.
2.3. Виртуальная симуляция физического эксперимента (тренаж).
Цель – изучение конкретного объекта на его виртуальной модели, практическое
освоение элементов методики проведения соответствующего эксперимента;
имитация деятельности врача по «добыванию» фактов (в форме данных вирту-
ального эксперимента) для освоения обучаемым эксперимента как метода по-
знания; формирование экспериментальных умений и навыков выполнения от-
дельных экспериментальных действий и операций (тренаж); проведения экспе-
римента в целом.
2.4. Виртуальная демонстрация явления.
2.4.1 Виртуальная демонстрация эксперимента.
Цели: иллюстрация внешних и существенных признаков явлений, определяю-
щих особенности их отдельных групп (при введении эмпирических понятий).
2.4.2. Виртуальная симуляция эксперимента (тренаж).
Цель – варьирование внешних признаков явления с целью выделения и осозна-
ния наиболее существенных из них (при изучении эмпирических понятий, опре-
деляющих особенности различных групп явлений).
2.5. Виртуальная демонстрация физического эксперимента.
Цель – предъявление «готовых» научных фактов (в форме серии данных вирту-
альных экспериментов) с графической визуализацией вида функциональной за-
висимости между параметрами моделируемого явления; анализ вида зависимо-
сти, иллюстрация физического смысла коэффициентов пропорциональности;
предъявление «готовых» научных фактов (в форме данных виртуального экспе-
римента), иллюстрирующих границы применимости эмпирической закономер-
ности.
2.5.1. Виртуальная симуляция физического эксперимента (тренаж).
Цель – имитация действий врача по «добыванию» фактов в ситуации варьирова-
ния условий «протекания» моделируемого явления с целью изучения и освоения
метода обобщения опытных данных.
2.6. Виртуальная демонстрация физического эксперимента.
Цель – предъявление «новых» фактов (в форме данных виртуального экспери-
мента) как следствий эмпирического закона; иллюстрация «справедливости»
частных закономерностей, следующих из данного закона.
2.6.1. Виртуальная симуляция физического эксперимента (тренаж).
Цель – имитация (для освоения) действий экспериментатора по «добыванию»
«новых» фактов (в форме данных виртуального эксперимента) как следствий
эмпирического закона; имитация (для освоения) действий экспериментатора по
проверке «справедливости» частных закономерностей, следующих из данного
закона.
2.7. Виртуальная демонстрация явления. Виртуальная демонстрация физическо-
го эксперимента.
Цель – предъявление «новых» научных фактов (в форме данных виртуального
опыта), объяснение которых в рамках известных теорий отсутствует.
ТЕХНОЛОГИИ ВИРТУАЛЬНЫХ МОДЕЛЕЙ В ОБУЧЕНИИ СПЕЦИАЛИСТОВ
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2017, № 16 145
2.7.1. Виртуальная симуляция физического эксперимента (тренаж).
Цель – имитация (для освоения) действий экспериментатора по «добыванию»
«новых» фактов (в форме данных виртуального эксперимента), объяснение ко-
торых в рамках известных теорий отсутствует.
2.8. Виртуальная демонстрация идеализированного объекта теории.
Цель – иллюстрация структуры идеализированного объекта и его свойств;
уяснение сущности теоретических понятий, принципов и постулатов теории,
описывающих поведение идеализированного объекта.
2.9. Виртуальная демонстрация идеализированного объекта теории.
Цель – изучение особенностей поведения «готовой» модели идеализированного
объекта для иллюстрации положений теории, соответствующих аналитическому
описанию явления (системе уравнений теории).
2.10. Виртуальная демонстрация идеализированного объекта теории.
Цель – изучение особенностей поведения «готовой» модели идеализированного
объекта при различных значениях ее параметров с целью иллюстрации следст-
вий теории; сопоставление результатов моделирования с результатами натурных
опытов с целью выяснения границ применимости теории; постановка задач про-
верки следствий теории в натурном опыте.
2.10.1. Виртуальная демонстрация физического эксперимента.
Цель – предъявление «новых» фактов (в форме данных виртуального экспери-
мента) как следствий теории.
2.10.2. Виртуальная симуляция физического эксперимента (тренаж).
Цель – имитация (для освоения) действий экспериментатора по «добыванию»
«новых» фактов (в форме данных виртуального эксперимента) как следствий
физической теории.
1. Тимашов Е.А. Системный анализ компьютерных лечебно-диагностических комплексов.
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. К., 2004. № 3. С. 156–162.
2. Zaslavski V., Nikitchenko M. Development and implementation of the sectoral qualifications
framework in the field of knowledge “information technologies” Co-funded by the Tempus
Programme of the European Union, 2016. P. 88.
3. Оспенникова Е.В. Методологическая функция виртуального лабораторного эксперимен-
та. Информатика и образование. 2002, № 11. С.83–89.
Получено 12.09.2017
|