Актуальность курса, очевидно, обусловлена стремительным развитием цифровых технологий, что существенно повышает роль компьютерного моделирования на всех этапах жизненного цикла продукции, позволяя повысить эффективность, оптимизировать состав и количество натурных и полунатурных испытаний, что ведет к сокращению затрат на создание и обеспечение эксплуатации создаваемого изделия или предоставляемой услуги во всех сферах народного хозяйства.
Другим важным его аспектом, находящим широкое использование в различных отраслях, является моделирование поведения сложных систем взаимодействующих объектов с целью обоснования принимаемых решений по определению стратегии развития и оптимизации структуры системы в таких областях как производство, бизнес, экономика, медицина.
Широкий класс методов моделирования, развитие вычислительных мощностей, применение современных информационных технологий открывают широкие возможности использования этого инструмента для решения практических задач в различных областях.
Технический прогресс не может не отражаться в способах получения научного знания, расширяющих возможности решения сложных исследовательских задач. Приоритет здесь имеют информационные и телекоммуникационные технологии. Компьютер, как инструмент, применяющийся в математическом моделировании для автоматизации трудоемких расчетов, обозначил отдельный метод – вычислительный эксперимент.
Компьютерное моделирование используется в различных отраслях знаний, в технических и гуманитарных науках, оно применяется в трудно формализуемых задачах, требующих специальных методов. Исследователь с помощью компьютерных технологий освобождается от рутинного умственного труда.
Компьютерное моделирование приобретает особую значимость в дистанционном обучении. Эффективность такой формы с точки зрения экономической выгоды, конкурентной позиции и качества предоставляемых услуг, зависит от обеспечивающих его процессов. К ним относятся – подготовка и проведение лабораторного практикума, коммуникации между слушателями и преподавателями, проверки знаний «на расстоянии», преобразовании материалов в доступный вид для интерактивной демонстрации и т.д. Обеспечение эффективности построения и использования в дистанционном обучении компьютерных моделей выводит на передний план задачи технологического, методологического обеспечения и маркетинга образовательных услуг.
Моделирование – это специально организованный преподавателем и самостоятельно выполняемый обучаемыми комплекс действий по решению поставленных задач, завершающийся созданием творческого продукта, что предполагает:
- наличие проблемы, требующей интегрированных знаний и исследовательского поиска ее решения;
- практическую, теоретическую, познавательную значимость предполагаемых результатов;
- самостоятельную деятельность обучаемого;
- структурирование содержательной части с указанием поэтапных результатов;
- подведение итогов, корректировку, выводы.
Цель изучения дисциплины – реализация комплексного подхода: компьютерное моделирование как объект изучения, как средство обучения и как инструмент деятельности обучаемых, что, в соответствии с целями и задачами информационной подготовки, создает базу для эффективного усвоения профессиональных знаний, умений, навыков будущих учителей информатики в области компьютерного моделирования.
Задачи изучения дисциплины:
- формирование качеств мышления, необходимых для адаптации в современном информационном обществе;
- развитие представлений о компьютерном моделировании как форме описания и методе познания действительности, создание условий для приобретения первоначального опыта моделирования практических задач;
- структурирование знаний о роли информации и информационных процессов в социальных, биологических и технических системах;
- обоснование необходимости анализа соответствия модели и моделируемого объекта (процесса) способам хранения и простейшей обработки данных.
По окончании курса будущие учителя информатики будут:
знать:
- что изучает и чем занимается дисциплина ‘Компьютерное моделирование ‘;
- ключевые этапы создания компьютерной модели различных процессов;
- основы компьютерного моделирования процессов с использованием специализированных компьютерных программ;
- приемы грамотного представления результатов создания компьютерной модели.
уметь:
- применять полученные знания по компьютерному моделированию процессов на практике;
- правильно организовать процесс компьютерного моделирования;
- владеть отдельными компьютерными инструментами, средствами создания и визуализации результатов компьютерного моделирования;
- оформлять и представлять результаты компьютерного моделирования в виде отчета и доклада.
владеть:
- навыками и практическими приемами по компьютерному моделированию процессов с помощью специализированных компьютерных программ;
- навыками анализа и описания результатов компьютерного моделирования;
- способностью и готовностью применять полученные знания на практике;
- базовыми знаниями проектирования в различных областях моделирования.
Инновационные технологии реализации дисциплины
Реализация курса связана с использованием интерактивных и практических методов. При изучении дисциплины для представления информации используются различные формы проектной деятельности (индивидуально, в парах или в микрогруппах); учебные деловые и ролевые игры; интерактивные технологии; интеллект-карты; ситуационный анализ; метод анализа кейсов.
Описание содержания модулей программы. Модуль 1. Понятие модели.
Системы и модели. Моделирование как метод познания. Модель черного ящика, модели состава и модели структуры. Статические и динамические модели. Модели реального времени. Стохастическое моделирование. Гипотеза о замкнутости математической модели и ее следствия.
Модуль 2. Системная динамика.
Популяционные модели. Глобальные модели, устойчивое развитие.
Модуль 3. Сложные агентные модели.
Клеточные автоматы. Модельный синтез и модельно-ориентированное программирование.
Модуль 4. Имитационное и компьютерное моделирование.
Датчики случайных чисел. Моделирование случайных величин, случайных процессов.
Модуль 5. Моделирование систем массового обслуживания.
Модель марковского процесса. Модель системы массового обслуживания с отказами. Модель системы массового обслуживания с неограниченной очередью. Модель системы массового обслуживания с ограниченной очередью.
Преподаватели курса
Кадровое обеспечение дисциплины – кандидат технических наук, доцент, доцент Института передовых информационных технологий Панферова Елена Викторовна, старший преподаватель Института передовых информационных технологий Морковина Ирина Анатольевна, ассистент Института передовых информационных технологий Николаева Анна Михайловна.
