Моделирование города в курсе информатики. Мастер-класс

[355]

В докладе обсуждается вариант решения проблемы содержательного наполнения курса Информатики на примере проведения в рамках учебного плана этого курса деловой игры по рассмотрению задачи о моделировании города.

Город в качестве объекта изучения и моделирования является подходящим объектом, так как он, во-первых, доступен для непосредственного наблюдения и изучения. С другой стороны, город — это сложная самоорганизующаяся человеко-машинная система, которая легко разбивается на отдельные подсистемы. В рамках рассмотрения задачи моделирования города возможно выделение и отдельное изучение как различных объектов, так и их последующее объединение в единое целое. Для обеспечения жизнедеятельности современного города необходимо использование новых информационных технологий — банков данных, компьютерных сетей, датчиков различной информации, систем поддержки принятия решений, систем моделирования для планирования и прогнозирования, интернет-магазинов и др. Исходную информацию для наполнения модели учащиеся могут собирать в реальном городе.

Моделирование города является наглядным примером онтологии. Под онтологией (являющейся важным разделом теории искусственного интеллекта) понимается концептуализация определенной области знаний (мира, среды), содержащая базис для моделирования этой области знаний и определяющая протоколы взаимодействия между агентами, которые используют знания из этой области, в нашем случае — из области функционирования такой сложной системы как город.

В учебном процессе на кафедре вычислительных систем и сетей СПбГУАП анализ задачи моделирования города в форме деловой игры проводится уже много лет, что, как показывает практика, позволило повысить эффективность процесса обучения студентов. Эта деловая игра начинается в начале семестра, ведется весь семестр и заканчивается рефератом; в ней принимают участие все студенты потока — от 10 до 100 человек. Деловая игра проводится [356] параллельно с изучением курса информатики. На первой вводном занятии студентам объясняется необходимость овладеть искусством изучения сложных систем и применения информационных технологий для улучшения их функционирования, предлагается в качестве примера рассмотреть как объект изучения современный город. В целях самоорганизации и развития инициативы обучающихся студенты выбирают из своей среды координаторов — мэра такого города и его функциональных заместителей. Под их руководством студенты прежде всего разрабатывают легенду моделируемого города — это может быть как какой-либо реальный, так и вымышленный (виртуальный) город, задают начальные и граничные условия задачи, например, численность населения города, направленность его хозяйственной жизнедеятельности и особенности географического положения. На втором этапе студенты осуществляют декомпозицию города, выделяют его подсистемы и выбирают конкретные объекты для дальнейшей разработки и моделирования. В качестве итогового материала каждый студент должен подготовить реферат, состоящий из пяти разделов. В первом разделе каждый студент вербально описывает самостоятельно выбранную им подсистему, это могут быть, например, магазины, промышленные предприятия, системы охраны порядка и судебные органы, банки и биржи, налоговые службы, транспортные структуры, средства массовой информации, музеи, школы, больницы и поликлиники и многое другое. Во втором разделе студент, исходя из принятой легенды города, должен определить (выделить, задать) количественные характеристики свой подсистемы — количество обслуживаемых людей, финансовые, материальные и информационные потоки в своей подсистеме и др. В третьем разделе реферата обучающийся разрабатывает архитектуру вычислительной системы, которая должна улучшить функционирование его подсистемы, и формирует агентов, которые должны помогать людям в обеспечении функционирования подсистемы. Агенты — это интеллектуальные искусственные существа (сущности, объекты), специальные программно-аппаратные комплексы. В четвертом разделе студент оценивает эффективность информатизации своей подсистемы, оценивает затраты на создание вычислительной системы и соответствующего программного обеспечения и выгоды от ее внедрения. В пятом разделе студент соотносит свою подсистему с другими подсистемами и с городом в целом, что может потребовать переработки всех предшествующих разделов. [357] Выбранные из среды студентов мэр и его заместители контролируют работу участников деловой игры и осуществляют интеграцию подсистем в единое целое, в частности, посредством формирования бюджета города. Возможны различные варианты работы над рефератом, его исполнение как в бумажном, так и в компьютерном варианте, когда студенты обмениваются информацией по электронной почте.

Литература


  1. М.Б. Игнатьев. Об управлении в многопроцессорных системах // Сб. «Вычислительные процессы и структуры». Вып. 121. Изд. ЛЭТИ-ЛИАП, 1978.
  2. «Информатика для устойчивого развития». Итоговые материалы международной конференции под ред. М.Б. Игнатьева, СПб., 2000.

Добавить комментарий