Имитационные компьютерные модели как инструмент модернизации высшего образования

Бологова А.А., Голошумова Г. С.

В настоящее время стремительное развитие информационных технологий дает возможность внедрить в современный образовательный процесс инновационные методы обучения, среди которых особое значение занимают компьютерные имитационные модели (КИМ).

Имитация, как метод решения нетривиальных задач, получила начальное развитие в связи с созданием ЭВМ в 1950х - 1960х годах. Имитационное моделирование появилось во второй половине 50-х годов в качестве инструмента исследования сложных систем и процессов, не поддающихся формальному описанию в обычном понимании этого термина. Возникновение и развитие имитационного моделирования как научной дисциплины тесно связано с развитием и ростом мощности вычислительной техники. За время своего существования имитационное моделирование проникло во многие отрасли науки, среди которых уже традиционно на первом месте - экономика, экология и военные области (в некоторых моделях они тесно переплетаются).

В начале 80-х годов произошло событие, сыгравшее определяющую роль в зарождении имитационного моделирования: появился интерфейс «Виртуальная реальность» [3]. В системе виртуальной реальности достигается полный контакт оператора с моделируемой средой, благодаря обратной связи, которая может охватывать практически все системы взаимодействия человека с «обычным» внешним миром. Значение этой возможности трудно переоценить в применении к имитационному моделированию как раз технических систем, управляемых человеком, который одновременно становится одним из звеньев этой системы (как принято говорить, «человеко-машинной» системы).

Главным аспектом, по мнению автора, является использование имитационных моделей в учебном процессе. В этом плане КИМ представляют собой инновационные образовательные технологии, которые имеют неоспоримые преимущества перед традиционными способами обучения. Преподавателю КИМ дают дополнительные возможности в учебном плане. Можно показать применение знаний по специальным предметам на примере работы виртуального предприятия. Существует возможность заранее задавать ситуацию на предприятии и на рынке (со стороны организатора). И, конечно же, особым преимуществом является объективность оценки по критериям, заложенным в компьютер.

Современное компьютерное моделирование выступает как средство общения людей (обмен информационными, компьютерными моделями и программами), осмысления и познания явлений окружающего мира (компьютерные модели солнечной системы, атома и т.п.), обучения и тренировки (тренажеры), оптимизации (подбор параметров) [1]. Понятие компьютерного моделирования трактуется шире традиционного понятия «моделирование на ЭВМ». В рамках нашего исследования компьютерное моделирование мы рассматриваем как метод решения задач анализа или синтеза сложной системы на основе использования ее компьютерной модели.

Под термином «компьютерная модель» понимают условный образ объекта или некоторой системы объектов (или процессов), описанный с помощью уравнений, неравенств, логических соотношений, взаимосвязанных компьютерных таблиц, графов, диаграмм, графиков, рисунков, анимационных фрагментов, гипертекстов и т.д. и отображающих структуру и взаимосвязи между элементами объекта [4]. Компьютерные модели (отдельную программу, совокупность программ, программный комплекс), позволяющие, с помощью последовательности вычислений и графического отображения результатов ее работы, воспроизводить (имитировать) процессы функционирования объекта (системы объектов) при условии воздействия на объект различных, как правило, случайных факторов, можно назвать имитационными.

Имитационное моделирование имеет целый ряд специфических черт. Существует несколько схем построения имитационных моделей. Чтобы построить качественную имитационную модель необходимо уметь следующее:

определенным способом представить в модели динамику (движение) системы (это может быть описано посредством событий, работ, процессов, транзактов);

определить способ изменения модельного времени (здесь выделяют моделирование с постоянным шагом и моделирование по особым состояниям).

В большинстве случаев конечной целью моделирования является оптимизация каких-либо параметров системы.

Применение имитационных моделей дает множество преимуществ по сравнению с выполнением экспериментов над реальной системой и использованием других методов [2].

Время. В реальности оценить эффективность, например, новой сети распространения продукции или измененной структуры склада можно лишь через месяцы или даже годы. Имитационная модель позволяет определить оптимальность таких изменений за считанные минуты, необходимые для проведения эксперимента.

Повторяемость. Современная жизнь требует от организаций быстрой реакции на изменение ситуации на рынке. Например, прогноз объемов спроса продукции должен быть составлен в срок, и его изменения критичны. С помощью имитационной модели можно провести неограниченное количество экспериментов с разными параметрами, чтобы определить наилучший вариант.

Точность. Традиционные расчетные математические методы требуют применения высокой степени абстракции и не учитывают важные детали. Имитационное моделирование позволяет описать структуру системы и её процессы в естественном виде, не прибегая к использованию формул и строгих математических зависимостей.

Наглядность. Имитационная модель обладает возможностями визуализации процесса работы системы во времени, схематичного задания её структуры и выдачи результатов в графическом виде. Это позволяет наглядно представить полученное решение и донести заложенные в него идеи до клиента и коллег.

Универсальность. Имитационное моделирование позволяет решать задачи из любых областей: производства, логистики, финансов, здравоохранения и многих других. В каждом случае модель имитирует, воспроизводит, реальную жизнь и позволяет проводить широкий набор экспериментов без влияния на реальные объекты.

Практика применения компьютерных имитационных моделей в учебном процессе показывает более высокий уровень студентов, интенсификацию обучения, ориентацию на рост профессиональных компетенций.

Широкое внедрение компьютерных имитационных моделей откроет «новую эпоху» во всей системе высшего профессионального образования. Широкомасштабное использование компьютерных имитационных моделей решит главную задачу модернизации обучения - сделает качественное образование массовым.

Список литературы

Голошумов А. Ю. Информационно-технологическое обеспечение процесса экономического образования /А. Ю. Голошумов// Вестник Челябинского государственного педагогического университета. 2009. № 9. С. 22-29.

Имитационное моделирование для науки и бизнеса/ http://www.simulation.ru/ consulting/what_is_simulation/

Моделирование сложных систем и виртуальная реальность // Вопросы кибернетики / Под ред. Ю.М. Баяковского и А.Н. Томилина. 1995. № 181.

Уткин В.Б. Информационные системы в экономике: Учебник для студ. высш. учеб. заведений / В.Б. Уткин, К.В. Балдин . М., 2004.