Циклопедия скорбит по жертвам террористического акта в Крокус-Сити (Красногорск, МО)

Компьютерный имитационный тренажер

Материал из Циклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Компьютерный имитационный тренажер (КИТ), – это система, обеспечивающая генерацию модели реальности в соответствии с математической моделью этой реальности при помощи программных средств [1]. При подаче на основные органы восприятия пользователя (зрительные, слуховые, тактильные, обонятельные) программно управляемых воздействий, а также при обеспечении реалистичной реакции моделируемой среды на производимые действия, появляется эффект личного участия пользователя в наблюдаемой виртуальной среде.

Задачи компьютерного имитационного тренажера— обеспечить соответствие усваиваемых материалов или навыков требованиям предстоящей работы, эффективность учебного процесса, а также добиться того, чтобы усвоенные при обучении стереотипы были успешно перенесены на условия реальной работы[2].

Используемые в педагогике классификации средств обучения [2], относят КИТ к категории технических средств обучения (ТСО) - системы, комплексы, устройства и аппаратура, применяемые для предъявления и обработки информации в процессе обучения с целью повышения его эффективности. Классификация средств обучения (как и многое в педагогике) различна - в зависимости от положенного в основу признака [3], тем не менее, по функциональному назначению ТСО обычно разделяют на три основных класса: информационные, контролирующие и обучающие.

Нахождение области методов обучения (т.е. цель обучения, способ усвоения и характер взаимодействия субъектов обучения), в которой применяются ТСО позволяют классифицировать их по методам обучения (таблица 1.).

Таблица 1. Классификация ТСО по методам обучения

Цель Способ Организационная форма обучения
Создание представления обзорного характера по какой-то теме или проблеме; систематизация и обобщение знаний по теме или разделу. Восприятие и осмысление информации, сообщаемую педагогом. При лекционном изложении материала слушатели, как правило, не имеют возможности проявить инициативу. Лекции, семинар.
Получение знаний на основе процесса получения и обработки экспериментальных данных - количественных характеристик реальных физических величин, определяющих поведение исследуемого объекта, процесса или явления, подтверждающих или опровергающих сформулированные целевые функции проведения эксперимента. Обучающий физический эксперимент, ставящий целью отработку основных приемов и технологий планирования и проведения эксперимента, включая его основные этапы: формулировка цели и задач исследований, определение способов и методов достижения цели, используемое оборудование и технологии. Лабораторные работы.
Обучение применению полученных знаний при решении комплексных задач, связанных со сферой деятельности будущих специалистов. Применяется на заключительном этапе изучения учебного предмета; результатом является написанная курсовая работа или курсовой проект (согласно учебным планам и программам). Курсовое проектирование.
Оценка навыков и профессиональных умений специалистов с целью их последующей сертификации или аттестации Ответы на вопросы (теория), правильность выполнения действий (практика). Сертификация или аттестация.
Практическое изучение устройства, принципа работы, наладки, регулировки оборудования, характерного для осваиваемой профессии. Выполнение заданий с использованием специализированного оборудования. Практикум.
Формирование и совершенствование у обучаемых профессиональных навыков и умений, необходимых им для управления материальным объектом. Многократное выполнение обучаемыми действий, свойственных управлению реальным объектом. Тренинг, повышение квалификации.

Рассмотрение имитаторов как технических средства обучения, применяемых в определенных методах обучения и реализованных в виде программно-аппаратного обеспечения, позволяет выделить основные виды (типы) имитаторов (таблица 2.).

Таблица 2. Виды (типы) имитаторов

Организационная форма обучения Метод реализации Вид(тип) имитатора
Лекции, семинары программно-аппаратная реализация имитатор для лекций и семинаров
Лабораторные работы (обучающий физический эксперимент) имитатор для лабораторных работ
Курсовое проектирование имитатор для курсового проектирования
Сертификация или аттестация имитатор для сертификации/аттестации
Практикум имитатор для практикума
Тренинг, повышение квалификации имитатор для тренинга - тренажер

классификация - по методу реализации механизма имитации. Под методам имитации понимается метод обеспечения генерации модели имитируемого процесса или оборудования. Генерация модели может быть реализована 2 способами:

  1. программная реализация;
  2. программно-аппаратная реализация.

Программная реализация обеспечивает генерацию модели имитируемого процесса или оборудования на основе только математической модели. Программно-аппаратная реализация обеспечивает генерацию модели имитируемого процесса или оборудования на основе математической модели и данных, получаемых с реальных датчиков.

классификация - по количеству и функциям агентов. Задачи обучения, решаемые с помощью имитатора, могут быть решены одним пользователем или могут требовать одновременной работы множества пользователей, как правило, выполняющих различные функции. В соответствии с этим возможна следующая классификация имитаторов:

  1. одно-пользовательские;
  2. многопользовательские;
  3. многопользовательские с инструктором.

Имитаторы, рассчитанные на применение одним агентом, очевидно являются наиболее простыми в реализации (в рамках этой классификации). Такие имитаторы являются самыми многочисленными, т.к. большинство задач обучения, может быть успешно реализовано 1 человеком. Реализация одновременной работы множества агентов необходима в тех случаях, когда выполнение задачи подразумевает совместные действия агентов. Например, при обучении определенным действиям на буровой установке могут быть задействованы бурильщик, помощники бурильщика и т.д., реализующих различные функции. Также следует отметить тот факт, что агент в многопользовательских имитаторах — это не обязательно человек, в функции агента может исполнять и математическая модель, такие агенты называются виртуальными или искусственными.

Многопользовательские имитаторы с инструктором (как правило это тренажеры) отличаются от просто многопользовательских тем, что инструктор (количество инструкторов может быть различным), в отличии от других участников обучения, не участвует в выполнении задачи обучения, а выполняет совершенно другие функции, например:

  • останов и повторный запуск тренажера;
  • сохранение любой контрольной точки в качестве исходных начальных состояний для последующих тренировок;
  • введение неисправностей, задаваемых инструктором во время тренировки или вводимых по заранее составленному сценарию;
  • изменение граничных условий в ходе тренировки;
  • протоколирование действий оператора и инструктора с возможностью вывода результатов на печать;
  • контроль действий оператора инструктором с возможностью вмешательства в управление технологическим процессом;
  • подача сигналов ложной тревоги, команд диспетчера, начальника и т.п.;
  • изменение масштаба времени и т.д.

Имитаторы для задач тренинга и повышения квалификации (компьютерные тренажеры)[править]

Тренажеры — единственный «регламентированный» вид имитаторов, в настоящий момент действуют следующие нормативные документы, касающиеся определения тренажеров и их областей применения - ГОСТ 26387-84 "Система человек-машина. Термины и определения" [4] и “Информационная технология. Комплекс стандартов и руководящих документов на автоматизированные системы” [5;6]. В указанных источниках тренажер определяется как техническое средство профессиональной подготовки обучаемого, предназначенное для формирования и совершенствования у обучаемых профессиональных навыков и умений, необходимых им для управления материальным объектом путем многократного выполнения обучаемыми действий, свойственных управлению реальным объектом. Согласно этому же документу, в общем случае, тренажер должен иметь три необходимые части: конструктивную (точную копию рабочего места оператора); программную (адекватную модель оборудования и процессов); дидактическую (рабочее место инструктора с программой оценки и контроля действий оператора, прочих не менее важных сервисных программ). При отсутствии хотя бы одной из указанных составляющих устройство уже не может называться тренажером.

Имитаторы для проведения лабораторных работ[править]

Имитаторы для проведения лабораторных работ не «регламентированный» вид имитаторов, т.е. в настоящий момент не существует нормативных документов, касающихся их определения, областей применения и т.д.

Ключевой особенностью, отличающей данный тип имитаторов от других, является достаточно выраженная область методов обучения, т.е. цель обучения, способ усвоения и характер взаимодействия субъектов обучения [7,8,9,10]. Данный тип имитаторов реализует разновидность физического эксперимента - обучающий физический эксперимент, ставящий целью отработку основных приемов и технологий планирования и проведения эксперимента, включая его основные этапы: формулировка цели и задач исследований, определение способов и методов достижения цели, используемое оборудование и технологии. Это способ получения знаний, на основе процесса получения и обработки экспериментальных данных - количественных характеристик реальных физических величин, определяющих поведение исследуемого объекта, процесса или явления, подтверждающих или опровергающих сформулированные целевые функции проведения эксперимента.

Отличие от других типов имитаторов по методу обучения достаточно очевидно.

Примечания[править]

  1. Гаммер М. Д., Сызранцев В. Н., Голофаст С. Л. Имитаторы на базе программно-аппаратной платформы в техническом образовании - Новосибирск: Наука, 2011. - 275 с
  2. Гаммер, М. Д. Разработка системы автоматизированного проектирования компьютерных имитационных тренажеров: автореф. дис. канд. техн. наук: 05.13.12 / Гаммер Максим Дмитриевич. — Тюмень, 2007. 20 с.
  3. Хуторский А.В. Современная дидактика: Учебник для вузов. — СПб: Питер, 2001. — 544 с.: ил
  4. ГОСТ 26387-84. Система человек-машина. Термины и определения // Государственный комитет СССР по стандартам. - М.: Изд-во стандартов, 1984.
  5. ГОСТ 34.003-90. Информационная технология. Комплекс стандартов и руководящих документов на автоматизированные системы // Комитет стандартизации и метрологии СССР по стандартам. - М.: Изд-во стандартов, 1991.
  6. РД 50-34.698-90. Методические указания. Информационная технология. Комплекс стандартов и руководящих документов на автоматизированные системы. Автоматизированные системы.
  7. Колесов В. И., Гаммер М. Д. “Создание кроссплатформенных сетевых виртуальных тренажеров / В.И. Колесов, М.Д.  Гаммер // Региональная научно-практическая конференция “Информационные технологии в образовании”: материалы науч.-техн.конф. - Тюмень: ТюмГНГУ, 2004г.
  8. Колесов В.И. Имитационное моделирование испытаний насосных установок / В. И. Колесов, М. Д. Гаммер, А. В. Немков // Проблемы развития ТЭК Западной Сибири на современном этапе: труды Междун. науч.-техн. конф., посвященной 40-ю Тюменского государственного нефтегазового университета, 25-27 сент. 2003 г.  - Тюмень: ТюмГНГУ 2003. - С.98-100.
  9. Колесов В.И. Имитационное моделирование испытаний образцов на выносливость / В.И. Колесов, М.Д. Гаммер, А.В. Немков // Проблемы развития ТЭК Западной Сибири на современном этапе: труды междун. науч.-техн. конф., посвященной 40-ю Тюменского государственного нефтегазового университета, 25-27 сент. 2003 г. -  Тюмень, 2003.- С.118-121.
  10. Колесов В.И. Моделирование испытаний образцов на выносливость при изгибе с вращением / В.И. Колесов, В.Н. Сызранцев, М.Д. Гаммер // Новые информационные технологии в нефтегазовой промышленности и энергетике: Материалы международ. науч.-техн. конф., 7-9 окт. 2003 г. -  Тюмень: ТюмГНГУ, 2003. - С.116-117.