Компьютерные модели лабораторных работ для дистанционной формы обучения - Статья

При дистанционной форме обучения, где практически отсутствует «живое» общение с преподавателем, возникают дополнительные нюансы изложения теоретического материала и особенного подхода к созданию практических заданий и лабораторных работ. В связи с этим на кафедре «Охрана труда» Харьковского национального университета радиоэлектроники ежегодно разрабатываются и внедряются в учебный процесс новые компьютерные моделирующие программы, которые дают возможность наглядно рассматривать влияние различных факторов на человека и окружающую среду, знакомят с методами и способами защиты от их негативного воздействия. В современных условиях вопрос экологической безопасности и поиск средств защиты человека от негативных последствий, связанным с антропогенным воздействием на окружающую среду, является актуальным. В частности в работе «Анализ влияния промышленных объектов на окружающую среду» «ECOCITY 3000» предлагается реализация подобного решения, а именно экономически-экологической пошаговой стратегии, которая позволяет студентам с достаточным набором базовых знаний по дисциплине «Экология» в непринужденной форме проверить их на конкретных примерах. Использован фактический материал о экологических, производственных и экономических проблемах предприятия: предупреждение аварий на трубопроводах; ликвидация последствий нефтяных загрязнений; рекультивация земель; охрана воздуха; рациональное использование водных ресурсов; использование производственных отходов; экологический мониторинг; экологическое страхование (рис.3).

Компьютерные моделирующие программы - это визуальный инструмент в изучении влияния различных видов загрязнений на состояние здоровья человека и окружающей среды. Использование подобных лабораторных работ при дистанционной форме обучения очень важно и необходимо в современных условиях.

В настоящее время во всем мире широко используется дистанционная форма обучения. При дистанционной форме обучения, где практически отсутствует «живое» общение с преподавателем, возникают дополнительные нюансы изложения теоретического материала и особенного подхода к созданию практических заданий и лабораторных работ. В связи с этим на кафедре «Охрана труда» Харьковского национального университета радиоэлектроники ежегодно разрабатываются и внедряются в учебный процесс новые компьютерные моделирующие программы, которые дают возможность наглядно рассматривать влияние различных факторов на человека и окружающую среду, знакомят с методами и способами защиты от их негативного воздействия.

Цель работы.

Целью создания компьютерных моделей лабораторных работ по дисциплинам «Экология», «Безопасность жизнедеятельности человека» является закрепление теоретических знаний при помощи различных визуальных компонентов и средств информационных технологий. Компьютерные модели адекватно отражают все физические процессы, исследуемые при выполнении лабораторных работ.

Основная часть компьютерные модели дистанционное обучение

В современных условиях вопрос экологической безопасности и поиск средств защиты человека от негативных последствий, связанным с антропогенным воздействием на окружающую среду, является актуальным. На сегодняшний день человек в повседневной жизни и в процессе трудовой деятельности подвергается воздействию множества факторов, негативно сказывающихся на его здоровье. Загрязнение окружающей среды происходит в результате активной хозяйственной деятельности. Поэтому очень важным является согласование личных и общественных интересов человека.

Проблема загрязнения окружающей среды является одной из наиболее важных мировых проблем. На фоне такого беспокойства о состоянии нашей планеты, с новой силой встает вопрос обучения молодых специалистов, студентов основам использования природных ресурсов.

Чрезвычайно интересным является вопрос создания обучающего комплекса, который позволяет просимулировать функционирование окружающей среды под влиянием техногенных факторов.

Кроме того, учитывая реалии положения в стране и в мире, в такой комплекс стоит включить некую экономическую составляющую. Это вызвано тем, что, как правило, в решении подобных проблем, ответственные лица вынуждены принимать такие решения, которые должны не только вписываться в установленные законодательством нормы на выбросы вредных веществ, но и оптимизировать прибыль предприятия в зависимости от этих решений.

В частности в работе «Анализ влияния промышленных объектов на окружающую среду» «ECOCITY 3000» предлагается реализация подобного решения, а именно экономически-экологической пошаговой стратегии, которая позволяет студентам с достаточным набором базовых знаний по дисциплине «Экология» в непринужденной форме проверить их на конкретных примерах. В ходе игрового процесса студенту предлагается построить свой комплекс, в который входят разного рода предприятия, начиная от электростанций и заканчивая заводом по переработке урана. (рис.1)

IMG_d450b21b-575e-42aa-83e3-e09e35f27f07

Рис.1 Пример размещения различного рода предприятий

Стоит заметить, что постройка предприятий является не спонтанным решением студента, он должен предварительно подумать и рассчитать, какие типы предприятий строить вначале, а какие уже основываясь на полученных доходах от заводов построенных ранее. Кроме того, для успешного завершения игры, и получения максимальной оценки, он должен рассчитать количество вредных веществ, выбрасываемых каждым конкретным предприятием (рис.2), и выбрать оптимальную стратегию постройки.

Но и не стоит забывать о главной цели - минимизации выбросов. Сначала нужно определить оптимальные здания для постройки на основе расчета ПДВ и мощности выброса.

Поэтому студент не только должен дойти до конца, построив всю цепочку обьектов, но, и обязан получить достойный результат - достаточно чистую окружающую среду.

Данный подход должен помочь развить не только память студента, которая, как правило, проверяется чаще всего при использовании традиционных подходов к обучению, но и выработать понимание как экологических процессов вообще, так и в частности, на примере конкретного построенного комплекса

IMG_9b8dcf59-99fc-484c-9af8-8d620bea1734

Рис. 2 Расчет мощности выброса предприятия по пяти ингредиентам

При реализации данной разработки были использованы новейшие технологии, которые позволяют эффективно использовать все доступные ресурсы персонального компьютера. Также в игре присутствует современная компьютерная графика, так как для современных пользователей просто необходимо преподнести не только интересный сюжет, но и красивый программный интерфейс. Использовалась технология DIRECTXOT компании Microsoft, для обработки графики, что позволяет снизить нагрузку на центральный процессор.

Целью проекта «Экологический мониторинг деятельности предприятия» является разработка программного обеспечения, которое позволит современным предприятиям на базе полученной информации о состоянии окружающей среды, производственных показателях, экономической прибыли и затрат сформировать технологические циклы для создания экологически безопасных, безотходных, экономически выгодных производств. Также данная разработка может использоваться в учебном процессе при изучении дисциплин как естественного направления, так и экономического.

Программа разработана в виде игры на примере украинского предприятия по добыче и транзиту нефти и газа. Использован фактический материал о экологических, производственных и экономических проблемах предприятия: предупреждение аварий на трубопроводах; ликвидация последствий нефтяных загрязнений; рекультивация земель; охрана воздуха; рациональное использование водных ресурсов; использование производственных отходов; экологический мониторинг; экологическое страхование (рис.3).

IMG_a3d73b54-63ec-4b43-858a-2645031de0cb

Рис.3 Экологические, производственные и экономические проблемы на предприятии

Пользователь получает предприятие в свое управление сроком на 10 игровых лет. Требуется досконально и всесторонне изучить деятельность предприятия и выбрать оптимальные методы из всех предложенных программой, тщательно подсчитать выгоды и затраты в экономическом плане. (Рис.4)

Наиболее удачный проект набирает наибольшее количество баллов.Как программный продукт данная разработка имеет следующие преимущества: интуитивно понятный графический интерфейс, тщательно разработана справочная информация, минимальные системные требования, наличие начальных навыков работы с программным обеспечением.

IMG_e2bec023-47a4-407e-a41d-73d578fbbe25

Рис.4 Расчет выгод и затрат при выборе различных методов решения проблем

Создание менеджера предприятий позволяет настраивать процесс игры для симуляции различных предприятий. То есть возможность создания симулятора экологических проблем на предприятии для дальнейшего поиска наиболее удачного решения данных проблем.

Данная разработка работает под операционной системой Microsoft Windows. Поскольку использование Microsoft Windows может быть достаточно накладным в финансовом и техническом плане, было использовано библиотеку классов Qt. Это позволило обеспечить независимость от используемой платформы - Microsoft Windows, Linux, MACOS.

Qt - кросс-платформенный инструментарий разработки ПО на языке программирования C . Кроме того, есть «привязки» ко многим другим языкам программирования: Python - PYQT, Ruby - QTRUBY, Java - Qt Jambi, PHP - PHP-Qt и др.

Qt имеет следующие преимущества: позволяет запускать написанное с его помощью ПО в большинстве современных операционных систем путем простой компиляции программы для каждой ОС без изменения исходного кода; включает все основные классы, которые могут потребоваться при разработке прикладного программного обеспечения, начиная с элементов графического интерфейса и заканчивая классами для работы с сетью, базами данных и XML. Qt является полностью объектно-ориентированным, легко расширяемым и поддерживающим технику компонентного программирования.

Все данные, необходимые для работы программы, хранятся в реляционной базе данных. Программа использует трехуровневую архитектуру организации программного обеспечения. Был реализован паттерн проектирования "Data Access Object", который позволил разработать универсальный механизм работы с данными и сохранением данных.

Исходя из вышеизложенного можно сделать следующие выводы

1. В основе замысла было создание учебных программ по дисциплине «Экология» и «Безопасность жизнедеятельности» для студентов высших учебных заведений. Но было расширено рамки сугубо двух дисциплин, и эти программы могут быть использованы как учебные и студентами, которые изучают экономику и менеджмент предприятия.

2. Кроме того, по результатам экспертной оценки, программы носят прикладной, универсальный характер и могут быть важной помощью в деятельности предприятий, занимающихся экологически опасным производством.

3. Представленные компьютерные модели лабораторных работ могут получить широкое применение в различных ВУЗАХ и использоваться в учебном процессе всех форм обучения, включая заочную и дистанционную. Их можно загрузить по сети, ознакомиться со справочной информацией и использовать самостоятельно, не обладая специальными техническими навыками.

1. Н. Ф. Реймерс Природопользование. Словарь - справочник. -М.: 1990

2. Білявський Г. та ін. Основи екологічних знань. - К. «Либідь», 2000, 334 с

3. Экология. Юридический энциклопедический словарь / Под ред. С.А. Боголюбова.- М., 2001)

4. Александреску, А. Современное проектирование на С - СПБ.: Вильямс, 2002. - 336с.

5. Медведева, О. Методические рекомендации по осуществлению эколого-экономической оценки эффективности проектов намечаемой хозяйственной деятельности - М.: АНО «Экологический юридическо-правовой центр - Экоюрцентр», 2004. - 15 с.

6. Білявський Г. та ін. Основи екологічних знань - К. «Либідь», 2000, 334 с

7. Thelin, Johan. Foundations of Qt Development - Berkeley:Apress, 2007. - 535с.

8. Александреску, А. Современное проектирование на С - СПБ.: Вильямс, 2002. - 336с.

9. Медведева, О. Методические рекомендации по осуществлению эколого-экономической оценки эффективности проектов намечаемой хозяйственной деятельности - М.: АНО «Экологический юридическо-правовой центр - Экоюрцентр», 2004. - 15 с.

Размещено на .ru