Анотація. Цілі дослідження: визначення перспективного засобу навчання імітаційного моделювання майбутніх бакалаврів електромеханіки. Завдання дослідження: обґрунтувати доцільність використання системи моделювання Xcos on Web як засобу формування у майбутніх бакалаврів електромеханіки компетентностей з моделювання технічних об'єктів. Об'єкт дослідження: використання систем імітаційного моделювання у навчанні бакалаврів електромеханіки. Предмет дослідження: використання Xcos on Web у навчанні моделювання технічних об'єктів бакалаврів електромеханіки. Використані методи дослідження: аналіз досвіду використання існуючих програмних продуктів. Результати дослідження. Система імітаційного моделювання Xcos on Web є перспективним засобом навчання бакалаврів електромеханіки моделювання технічних об'єктів у хмаро орієнтованому середовищі. Основні висновки і рекомендації: 1. Використання систем імітаційного моделювання, таких як Scilab Xcos, є необхідною складовою професійної підготовки бакалаврів електромеханіки. 2. Хмаро орієнтоване середовище навчання на основі комплексного використання мобільних Інтернет-пристроїв майбутніми електромеханіками сприяє формуванню їх професійних компетентностей. 3. Реалізація у Xcos on Web повної функціональності Scilab Xcos створює умови для переходу у навчанні бакалаврів електромеханіки моделювання технічних об'єктів до використання мобільних Інтернетпристроїв. Ключові слова: система імітаційного моделювання Scilab Xcos, пакет Scilab, засіб Xcos on Web, мобільні Інтернет-пристрої, навчання бакалаврів електромеханіки моделювання технічних об'єктів.
Xcos on Web as a promising learning tool for Bachelor’s of Electromechanics modeling of technical objects 1 Kryvyi Rih Metallurgical Institute of the National Metallurgical Academy of Ukraine, 5, Stephana Tilhy St., Kryvyi Rih, 50006, Ukraine 2 Kryvyi Rih State Pedagogical University, 54, Gagarina Ave., Kryvyi Rih, 50086, Ukraine {eugenemodlo, semerikov}@gmail.com
Одним із традиційних для навчання моделювання засобів ІКТ є системи
комп’ютерної математики. Так, у [
Однак використання тільки систем комп’ютерної математики (навіть таких
потужних, як SageMath [
Опанування моделювання технічних об’єктів забезпечує теоретичне та практичне наповнення фундаментальної, загально та спеціалізовано-професійної підготовки бакалавра електромеханіки. У зв’язку з цим бажано, щоб середовище для їх моделювання надавало користувачеві доступ не лише до традиційних бібліотек моделювання неперервних та дискретних динамічних систем, а й до бібліотек для електричних машин та силових перетворювачів. Крім того, для досягнення цілі мобільності навчання середовище моделювання повинно мати високий рівень кросплатформенності (зокрема, доступ через Web-інтерфейс) та бути вільно поширюваним.
З метою обґрунтованого вибору середовища моделювання технічних об’єктів для бакалаврів електромеханіки було проведено експертне оцінювання найбільш поширених систем візуального моделювання, результати якого подано у таблиці 1.
На поточний момент найбільшу експертну оцінку має середовище Scilab,
переваги використання якого у 2011 році визнало Міністерство національної
освіти, вищої освіти і науки Франції, надавши Scilab знак визнання його
педагогічної значущості для навчання математики «Reconnu d'Intérêt
Pédagogique» [
Xcos є доповненням до Scilab, що надає можливості синтезу математичних моделей в галузі механіки, гідравліки, електроніки та електромеханіки. Дане середовище візуального моделювання призначене для розв’язання задач динамічного моделювання систем, процесів, пристроїв, а також тестування та аналізу цих систем. При цьому об’єкт, що моделюється (система, пристрій, процес), подається графічно блок-схемою, що включає блоки елементів системи і зв’язки між ними (рис. 1).
Найбільш вагомими критеріями, що зумовили вибір Scilab як засобу навчання
моделювання технічних об’єктів бакалаврів електромеханіки, є наявність
бібліотек для моделювання неперервних систем (5 балів), наявність бібліотек для
моделювання дискретних систем (5 балів) та наявність Web-інтерфейсу (3 бали).
Останнє надає можливість його використання на мобільних
Інтернетпристроях [
Сервіс Scilab Cloud (http://scilab.io/services/development/web-application/) надає можливість створювати та оприлюднювати інтерактивні документи, програмна частина яких виконується на боці сервера, що економить ресурси мобільного Інтернет-пристрою. Доступ до Scilab Cloud забезпечується за допомогою будьякого Інтернет браузера (рис. 2).
Таблиця 1. Порівняння середовищ моделювання технічних об’єктів Середовище моделювання
GoldSim Insight Maker
MapleSim
Minsky Rand Model
Designer Scilab Xcos Simantics System Dynamics
Simile ї
1 аовриню ,і«»–0н )»–яим ооьнпш 3б–али еебоннмж )бал івл »ак (з сть (т« так ін їі « в с , аяН евр іавл
б так (з обмеженнями) так ні так ні так ні так так
) хуавинм (зоуанкж –ба1»«л∞ ри етм ,за тд с и
и л іьп сх аб істлК еоарпцйни ,есту0–5им і ьк і
с 1 (W*) 3 (WML) 1 (W) ∞ (JS) 3 (WML) 3 (WML)
1 (W) 3 (WML) 1 (W) – » к а т « ( у с й е ерф )и ітн абл -eb 3 W ь т с і н в я а Н так ні ні так ні ні ні так ні так ні ні ні ні ні ні так так ні ні дял ссетхим ял ссетим хрчини )и охвлии )2–абли етк вни )ли едк хни )и ек ба с »
т л іо ер ба іол ер ба ел 2 т т л ббь сдик –»5 іетк »–к іетк так ііббьл еерпн »–5к ітвян авянн (т«ак іббл («н тбь авч
ол («в о а
т іб і ставянН авялнню (т«а іс ь иш існ орю
т а ю іс а в в еодм Н еодлм авянН м аяН еетрп а к н і ц о а н ь л а г а З ні ні ні ні ні ні так так ні ні так ні ні ні ні ні ні
4,5 ні ні 4,5 ні ні 0,5 ні ні 7 так так 5,5 ні ні 4,5 ні 10,5 ні 17,5 так так 15,5 ні ні ні ні ні ні ні 3,5 5,5 0,5 За функціональністю даний сервіс є подібним до Wolfram Demonstrations Project, проте, на відміну від останнього, оприлюднювати демонстрації можуть усі користувачі, а не лише адміністратори сервісу, що відповідає моделі поширення документів у SageMathCloud. Проте Scilab Cloud не надає доступ до модуля Xcos.
Рис. 1. Приклад моделі у Scilab Xcos
Рис. 2. Приклад інтерактивного документа у Scilab Cloud
Сервіс Xcos on web розв’язує цю проблему, надаючи можливість побудови
імітаційних моделей технічних об’єктів (зокрема, електромеханічних систем) у
мобільному Web-браузері. Поточна мета проекту Xcos on web – відтворити
повнофункціональну версію Scilab Xcos з доступом через мобільний
Webбраузер [
Основні компоненти головного вікна Xcos on web подано на рис. 3. Основну частину головного займає область побудови моделей. Із лівого боку розташована так звана палітра блоків – бібліотека елементів, з яких будується модель. Для використання будь-якого блоку достатньо перетягнути його з палітри у область побудови моделей. Блоки з’єднуються між собою лініями зв’язку.
Рис. 3. Компоненти головного вікна Xcos on web На рис. 4 показано модель двигуна постійного струму, побудована у Xcos on web.
Рис. 4. Модель двигуна постійного струму у Xcos on web Блоки моделі мають різні параметри, що налаштовуються користувачем подвійним натисканням на обраному блоці. На жаль, проект все ще знаходиться на стадії попередньої розробки, тому не всі налаштування є доступними: так, блоки аперіодичної ланки першого порядку (CLR) та підсилювача (GAIN) у побудованій моделі є неналаштованими, про що свідчить специфікатор формату ‘%s’. Це унеможливлює проведення експериментів на моделі натисканням кнопки Simulate. Тимчасовий варіант обходу цієї проблеми полягає в можливості Xcos on web обміну даними із традиційною версією Scilab Xcos через засоби експорту даних. Фрагмент XML-подання побудованої моделі двигуна постійного струму: <?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?> <XcosDiagram background="-1" title="MavXcos"> <mxGraphModel as="model"> <root> <mxCell id="0"/> <mxCell id="1" parent="0"/> <BasicBlock blockType="c" id="2" interfaceFunctionName="STEP_FUNCTION" parent="1" simulationFunctionName="csuper" simulationFunctionType="DEFAULT" style="STEP_FUNCTION"> ...
</root> </mxGraphModel> <mxCell id="1" parent="0" as="defaultParent"/> </XcosDiagram>
Висновки: 1. Використання систем імітаційного моделювання, таких як Scilab Xcos, є необхідною складовою професійної підготовки бакалаврів електромеханіки. 2. Критеріями вибору середовища моделювання технічних об’єктів є наявність вільно поширюваної версії, кількість підтримуваних операційних систем, наявність Web-інтерфейсу, наявність бібліотек для моделювання неперервних систем, наявність бібліотек для моделювання дискретних систем, наявність бібліотек електричних машин та наявність бібліотек силових перетворювачів. 3. Хмаро орієнтоване середовище навчання на основі комплексного використання мобільних Інтернет-пристроїв майбутніми електромеханіками сприяє формуванню їх професійних компетентностей. 4. Реалізація у Xcos on Web повної функціональності Scilab Xcos створює умови для переходу у навчанні бакалаврів електромеханіки моделювання технічних об’єктів до використання мобільних Інтернет-пристроїв. Список використаних джерел
References (translated and transliterated)