4.1 Назначение виртуального эксперимента ГОСТ Р 57721-2017
ВЭ предназначен для дополнения и (или) замены реального эксперимента в образовательном процессе в тех случаях, когда проведение последнего невозможно, небезопасно или экономически нецелесообразно [из 4.1.1 ГОСТ Р 57721-2017]
ВЭ позволяет получить удаленный доступ к лабораторной базе независимо от ее расположения или создать ее виртуальную копию, используя возможности современных информационно-коммуникационных технологий [из 4.1.2 ГОСТ Р 57721-2017]
ВЭ позволяет минимизировать риски и издержки, связанные с закупкой, транспортированием, хранением, эксплуатацией и утилизацией лабораторного оборудования и материалов. Выполнение экспериментов в виртуальной среде существенно снижает временные и финансовые затраты, повышая эффективность и качество образования [из 4.1.3 ГОСТ Р 57721-2017]
4.2 Классификация виртуальных экспериментов ГОСТ Р 57721-2017
ВЭ классифицируются в зависимости от архитектуры виртуальной лаборатории (стенда), обеспечивающей их выполнение. Различают аппаратные, программно-аппаратные и программные виртуальные лаборатории и стенды:
- аппаратные - выполняются на реальном оборудовании с использованием технологии удаленного доступа, например коллективного пользования оборудованием лаборатории удаленного доступа;
- программно-аппаратные - выполняются на специализированных рабочих местах, например виртуальных тренажерах, и предназначены для развития практико-ориентированных компетенций по управлению сложными системами;
- программные - выполняются на компьютере и представляют собой специализированное программное обеспечение, которое может выполняться как непосредственно на компьютере пользователя, так и в облаке с доступом через веб-интерфейс или сеть Интернет.
[из 4.2.1 ГОСТ Р 57721-2017]
Основные виды целевого назначения ВЭ определяются по уровням образования в соответствии с нормативными документами, регламентирующими образовательную деятельность [1]-[3]:
- дошкольное образование;
- начальное общее образование;
- основное общее образование;
- среднее общее образование;
- среднее профессиональное образование;
- высшее образование - бакалавриат;
- высшее образование - специалитет, магистратура;
- высшее образование - подготовка кадров высшей квалификации;
- дополнительное образование детей;
- дополнительное образование взрослых;
- дополнительное профессиональное образование.
[из 4.2.2 ГОСТ Р 57721-2017]
4.3 Обеспечение виртуального эксперимента ГОСТ Р 57721-2017
ВЭ требует серьезной подготовки, поэтому имитационная система характеризуется наличием математического, программного, информационного, технического, эргономического и других видов обеспечения [4] [из 4.3.1 ГОСТ Р 57721-2017]
Математическое обеспечение ВЭ включает в себя совокупность математических соотношений, описывающих поведение реального объекта, совокупность алгоритмов, обеспечивающих как подготовку, так и работу с моделью. Сюда могут быть отнесены алгоритмы: ввода исходных данных, имитации, вывода, обработки [из 4.3.2 ГОСТ Р 57721-2017]
Программное обеспечение по своему содержанию включает в себя совокупность программ: планирование эксперимента, имитационной модели, проведения эксперимента, обработки и интерпретации результатов. Кроме того, программное обеспечение имитационной системы должно обеспечивать синхронизацию процессов в модели, то есть необходим блок, организующий псевдопараллельное выполнение процессов в модели. Машинные эксперименты с имитационными моделями не могут проходить без хорошо разработанного и реализованного информационного обеспечения [из 4.3.3 ГОСТ Р 57721-2017]
Информационное обеспечение включает в себя средства и технологию организации и реорганизации базы данных моделирования, методы логической и физической организации массивов, формы документов, описывающих процесс моделирования и его результаты. Информационное обеспечение ВЭ является наименее разработанной частью, поскольку только в настоящее время наблюдается переход к созданию сложных имитационных моделей и разрабатывается методология их использования при анализе и синтезе сложных систем с использованием концепции баз данных и знаний [из 4.3.4 ГОСТ Р 57721-2017]
Техническое обеспечение ВЭ включает в себя средства вычислительной техники, связи и обмена между человеком и сетью ЭВМ, ввода и вывода информации, управления проведением эксперимента и формирования виртуальной среды. К техническому обеспечению предъявляются весьма серьезные требования по надежности функционирования, так как сбои и отказы технических средств, ошибки человека-экспериментатора при работе на ЭВМ могут резко увеличить время работы с имитационной моделью и даже привести к неверным конечным результатам [из 4.3.5 ГОСТ Р 57721-2017]
Эргономическое обеспечение имитационной системы представляет собой совокупность научных и прикладных методик и методов, а также нормативно-технических и организационно-методических требований, используемых на всех этапах взаимодействия человека-экспериментатора с инструментальными средствами. Эти требования, используемые на всех стадиях разработки и эксплуатации ВЭ и их элементов, предназначены для формирования и поддержания эргономического качества путем обоснования и выбора организационно-проектных решений, которые создают оптимальные условия для высокоэффективной деятельности человека во взаимодействии с моделирующим комплексом [из 4.3.6 ГОСТ Р 57721-2017]
Таким образом, выполнение ВЭ можно рассматривать как машинный аналог сложного реального процесса. Оно позволяет заменить эксперимент с реальным процессом функционирования системы экспериментом с математической моделью этого процесса в ЭВМ. В настоящее время имитационные эксперименты широко используют в практике проектирования сложных систем, когда реальный эксперимент невозможен [из 4.3.7 ГОСТ Р 57721-2017]
