Использование Среды разработки приложений как инструмента для обучения студентов

Nandita Roche 19/05/2016
Share this on Facebook Share this on Twitter Share this on Google+ Share this on LinkedIn

Общая цель, которую профессоры желают достичь в любой дисциплине — максимальная эффективность учебного процесса, и при этом сохранение интереса у студентов. В сфере инженерных и физических учебных дисциплин использование прикладных моделей помогает удержать этот баланс путем представления сложных комплексных понятий в несколько упрощенной форме. В этом материале будут рассмотрены некоторые инновационные способы, которые преподаватели высших учебных заведений используют в учебных аудиториях.

Среда разработки приложений: Многофункциональный инструмент

Любое исследование с помощью моделирования рассматривается с учетом комплекса теоретических и практических ограничений с целью получения точных и правдоподобных результатов. Уникальной особенностью приложений является то, что они позволяют учитывать эти критерии в базовой модели, но при этом скрывать многие сложные аспекты за дружественным интерфейсом. Такие возможности позволяют проводить свои собственные численные эксперименты, не имея опыта моделирования и одновременно с этим лучше вникать в различные научные методы.

В рамках университетского курса, приложение работает как мощный инструмент для объяснения студентам сложных явлений, а также для улучшения их навыков моделирования. Более того, при помощи преподавателей студенты могут пользоваться гибкостью Среды разработки приложений (Application Builder) и проектировать более сложные проекты при дальнейшем обучении.

Tubular reactor app Использование Среды разработки приложений как инструмента для обучения студентов
Модель трубчатого реактора, доступная в Галерее Приложений, показывает лишь один из примеров, как преподаватели могут упростить учебный процесс при изучении математической модели.

Каким образом преподаватели могут включать такие приложения в учебную программу? Давайте рассмотрим два случая.

Изучение роли приложений для моделирования в учебной аудитории

Углубление понимания студентами дизайна микроэлектромеханических систем

В 2015 году в Индии в Университете Мумбаи была представлен новый учебный курс “технология МЭМС”, сочетающий теоретическую и лабораторную работу. Как и многие педагоги по всему миру, профессора этого университета признают важность понимания студентами основных научных методов на ранней стадии обучения. Однако студенты часто еще не готовы до конца вникнуть во множество проблем, встречающихся на этом пути. Они должны провести много времени за изучением программного обеспечения, применяемого для моделирования, и совершенствовать работу над ним, прежде чем смогут осуществлять свои собственные проекты. Для решения этой проблемы профессорско-преподавательский состав обратился к Среде разработки приложений пакета COMSOL Multiphysics, в которой можно лучше проиллюстрировать комплексные идеи.

С удобными в использовании приложениями, предназначенными для понимания на интуитивном уровне, студенты смогли быстрее вникать в теорию многих научных концепций. Каждое приложение включает в себя пояснения, объясняющие его теоретическую основу, а также предоставляет доступ к многочисленным конструктивным параметрам, которые показывают, как производительность устройства меняется при изменении заданных параметров.

“Поскольку студентам теперь не нужно изучать отдельные программы для использования этих приложений, такой подход помогает быстрее понять основные принципы”, отмечает Даршана Санкхе, профессор Инженерного Колледжа университета Дваркадас Джамнадас. “Это освобождает студентам время для того, чтобы они могли сосредоточиться на других аспектах рассматриваемой темы.”

Сами приложения охватывают целый ряд технологий МЭМС. Например, рассмотрен датчик влажности, который показывает студентам, как МЭМС-устройства реагируют на влажность окружающей среды. Тем временем, приложение для анализа теплового расширения дает общие сведения о материалах для МЭМС и их свойствах, а также демонстрирует принципы работы такого теплового привода. Ниже представлены скриншоты некоторых дополнительных приложений, созданных для учебного курса.

Piezoelectric shear actuated beam app Использование Среды разработки приложений как инструмента для обучения студентов
Piezoresistive pressure sensor app Использование Среды разработки приложений как инструмента для обучения студентов

Приложения для моделирования технологий МЭМС, которые используются в Университете Мумбаи. Слева: Приложение для анализа пьезоэлектирического кантилевера, возбуждаемого в поперечном направлении. Справа: Приложение для анализа пьезорезистивного сенсора давления.

Пользоваться преимуществами включения таких приложений в учебный курс могут не только студенты, но и сами преподаватели. Шетана Сангар, профессор и заведующий кафедрой электроники и телекомуникаций в инженерном колледже Бхарата считает: “Эти модели помогли не только студентам, они также помогли подготовить и профессоров для нового учебного курса. Модели, которые мы разработали, очень полезны, и я рекомендовал их для моих коллег в других колледжах.”

Более простой подход к объяснению научных методов

Профессорский состав технического университета Эйндховена также признает важность обучения студентов основным принципам научных методов как можно раньше. Проблема в том, что студенты еще не обладают знаниями и навыками, которые необходимы для самостоятельного решения актуальных проблем теплопередачи. Осознавая это, профессора в стремлении облегчить процесс обучения предложили сфокусироваться на получении практического опыта, особенно важного в первый год обучения. Поэтому и было создано следующее приложение.

Его основу составил трехмерный тепловой эксперимент, включающий в себя анализ трех различных методов измерения теплопроводности полиметилметакрилата (PMMA); целью эксперимента было определение, какой из методов является наиболее точным. В учебном эксперименте используется ящик из пенополистирола, в верхней части которого прикреплён лист PMMA. Один из тепловых датчиков устанавливается для определения теплопроводности листа PMMA при помощи закона теплопроводности Фурье.

Используя приложение, студенты получили возможность анализировать данные на ранней стадии с помощью полученной в ходе расчета информации: начиная от температуры и заканчивая тепловыми потоками. Полученные данные затем используются для вычисления коэффициента теплопроводности (целевой параметр), показатель которого можно сравнить с входным значением. Таким образом, студенты успешно получают знания о том, как соотносить результаты моделирования и аналитические данные. Помимо этого, они обрели способность использовать навыки и знания, полученные через такие виртуальные опыты для улучшения откликов (и следовательно работы) этих датчиков, а также научились применять полученные знания при проведении уже натурных экспериментов.

3D heating app Использование Среды разработки приложений как инструмента для обучения студентов
Приложение для анализа нагрева в 3D, разработанное профессором университета Эйндховена.

По мнению доцента университета, Йоса Ван Шиндждела, одновременно с ускоренным освоением основных понятий студентами, практический подход приводит к гораздо большему интересу и серьёзному участию студентов в учебном процессе. “Если начинать с моделирования, студенты показывают большее рвение, потому что они могут взаимодействовать с результатами моделирования на интуитивном уровне уже с самого начала. Им любопытно узнать больше, узнать то, что лежит уже за пределами базовой модели.”

Оптимизация учебных методик с использованием Среды разработки приложений

Приложения “прячут” сложные теории за удобным настраиваемым интерфейсом. Эти преимущества помогают оптимизации процессов проектирования в целому ряде отраслей промышленности, также позволяя более эффективно обучать студентов. При разработке приложения, преподаватели могут адаптировать дизайн таким образом, чтобы он лучше всего соответствовал требованиям конкретной учебной дисциплины, как точки зрения лежащих в основе физических принципов, так и с четом среднего уровня сложности. Такая гибкость позволяет создать инструмент интерактивного обучения, который может корректироваться под конкретную группу студентов, а также может развиваться вместе с ними.

Дополнительные ресурсы о разработке и применении приложений


Loading Comments...

Categories


Tags