Одним из предметов, изучаемых на ступени среднего общего образования в рамках федерального компонента, является информатика и ИКТ. С одной стороны, курс информатики должен основываться на соблюдении равноправия в знаниях будущих специалистов и учащихся школ. С другой стороны, изучение информатики должно служить формированию у обучающихся умений информационной деятельности, необходимых в будущей профессиональной сфере, пониманию того, что компьютер является рабочим инструментом для решения профессиональных задач.

В курсе информатики и ИКТ среднего образования содержательная линия информационного моделирования является одной из системообразующих. В работе [1] обосновано, что умения, достижение которых составляет цель обучения информационному моделированию, интерпретируясь в терминах компьютерного моделирования, по своей сути являются компонентами ИКТ-компетентности. При этом информационные технологии в курсе информатики должны изучаться не как совокупность программ, а как инструмент эффективного применения для компьютерного моделирования.

В свернутом виде весь перечень заданий для практических работ по информатике и ИКТ можно представить следующим образом:

1)            Задачи на построение дескриптивных моделей на естественном языке и на языке математики;

2)            Задачи на построение смешанных моделей в виде таблиц, графов, блок-схем;

3)            Задачи на построение наглядных моделей внешнего вида и графического представления числовых данных [3].

Приведем примеры формулирования заданий для практических работ по информатике и ИКТ, соответствующих решению задач по информационному моделированию и имеющих профессиональную направленность:

• Профессия 262019.02 «Закройщик»

1)      Выполнить описание исторического костюма;

2)       Cоставить сравнительную таблицу текстильных материалов (изделий);

3)      Выбрать оптимальный способ размещения деталей выкройки изделия на ткани;

4)      Сделать расчет ткани для партии изделий;

5)      Разработать базу данных «Изделия бельевой группы» («Изделия платьево-костюмного ассортимента» и др.).

• Профессия 260807.01 «Повар, кондитер»

1)      Описать основные процессы и операции приготовления мясных (молочных) продуктов;

2)      Составить сравнительную таблицу условий выделения основного и дополнительного сырья для приготовления блюд;

3)      Составить калькуляционную карточку сырья для приготовления кулинарных блюд (хлебобулочных, кондитерских изделий);

4)      Разработать базу данных «Технологическое оборудование пищевого производства» («Технологическое оборудование кондитерского производства»).

• Профессия 100114.01 «Официант, бармен»

1)      Описать правила обслуживания банкетных мероприятий;

2)      Выполнить заполнение учетно-отчетной документации;

3)      Составить калькуляционную карточку с выделением ингредиентов и количественного состава напитков (коктейлей, горячих напитков);

4)      Разработать эскиз оформления стола для банкетного мероприятия.

Содержания задач, для решения которых используется метод моделирования, часто не принадлежат предметной области информатики. Однако их решение в курсе информатики имеет своей целью обучение информационному моделированию как способу описания существенных для анализа свойств изучаемого объекта средствами некоторого языка, целенаправленному информационному процессу и основному компоненту формирования представлений о научных основах информационных технологий.

С одной стороны, каждое из предлагаемых заданий направлено на формирование у выпускника НПО следующих общих компетенций (ОК), предусмотренных ФГОС: «Способность осуществлять поиск информации, необходимой для эффективного выполнения профессиональных задач» (ОК 4) и «Способность использовать информационно-коммуникационные технологии в профессиональной деятельности» (ОК 5). С другой стороны, очевидно, что выполнение этих заданий влияет и на развитие информационной компетентности, под которой понимают обладание знаниями, умениями, навыками и опытом их использования при решении определенного круга социально-профессиональных задач средствами новых информационных технологий [2].

В то же время, общее образование предусматривает ориентацию на овладение образовательными результатами – предметными, метапредметными и личностными. Обучение информационному моделированию обладает приоритетной способностью обеспечивать результативность образования во всей совокупности ее элементов [3].

Солидаризируясь с авторами статьи [1], отметим, что разработка и реализация преемственных связей в системе непрерывного образования в настоящее время находится в числе приоритетных педагогических задач в связи с переходом на федеральные государственные образовательные стандарты нового поколения, в основу создания которых положена компетентностная модель выпускника.

В имеющейся научно-методологической литературе используются разнообразные, совершенно отличные друг от друга, понятия и разделения по группам моделей. Также можно встретить разнообразные подходы в исследовании этой области информатики. Предмет моделирования рассматривается в широком значении: оно может выступать как в виде физического процесса, так и в виде реального. Изучая данные явления с помощью компьютерного, численного, имитационного и математического моделирования, ученикам проще представлять с помощь задач самые разнообразные области человеческой деятельности. С помощью алгоритмов, моделирование позволяет выполнять вычислительные эксперименты [5].

Раздел «Моделирование и формализация» содержится в обязательном минимуме содержания образования в общеобразовательных учреждениях.

Содержание данного курса устанавливает следующий набор определений и понятий: моделирование, формализация, классификации и виды информационных моделей, планирование и проведение компьютерных экспериментов с моделью [1,2,].

На сегодняшний день создано достаточно много методик обучения компьютерному моделированию, которые активно применяются на уроках информатики в школе[6,8,9,10]..

Постановка цели, построение самой модели, ее разработка и анализ, перенесение знания с модели на реальное действие – это этапы процесса моделирования [1].

Можно сформулировать различные варианты построения курса компьютерного моделирования в зависимости от учебного плана.

Модели образуются по следующим принципам [9]:

– графический наглядный пример;

– присутствие междисциплинарных и внутрипредметных связей;

– за видимой простотой должна преобладать сложность построения моделей;

– возможность выполнения алгоритмов в различных средах моделирования;

– типы моделей должны воспроизводить реальные процессы и явления;

– модели должны захватывать разные области познания и выражать современные научные направленности.

    Воплощение моделей производят в различных программных обеспечениях таких как «Лого Миры», Pascal, Visual Basic, Delphi, в табличных средах и базах данных (Excel, Access, статистические пакеты), в специально предназначенных математических платформах (Mathcad, Mathematica, Matlab, Maple). В вышеперечисленных прикладных программных средах можно реализовать следующие типы моделей: натурные, модели фрактальных кривых, роста растений, физических процессов и явлений, динамики и популяции, модели с использованием случайных чисел, динамики комплексных рациональных функций, информационные модели и модели линейного программирования, а также модели двумерной и трехмерной графики [3,5,8].

    Нельзя отрицать то, что компьютерное моделирование это «инструмент» познания основного материала по программированию.

Рассмотрим две реальные задачи на моделирование, которые можно использовать при обучении компьютерному моделированию в школе по информатике.

Задача 1. Моделирование в среде программирования КуМир

Задача Робота состоит в следующем: пройти и закрасить пройденные клетки лабиринта, который сверху и снизу имеет коридоры, протяженность и количество которых заранее мы не знаем. Исполнитель находится слева перед началом лабиринта – это его стартовая обстановка (Рисунок 1).

Рисунок 1. Начально положение Робота

Прежде чем приступить к написанию алгоритма, необходимо представить и описать действия на простом понятном нам языке, которые должен выполнить исполнитель Робот. Таким образом, Роботу необходимо следовать вправо по лабиринту. Каждую клетку лабиринта исполнитель должен исследовать, имеется ли коридор сверху или снизу. Если коридор есть, Роботу необходимо двигаться по нему пока выполняются следующие условия: «пока сверху свободно» или «пока снизу свободно» и одновременно закрашивать клетки, которые он прошел. Затем нужно возвратиться в исходное положение. Теперь можно написать алгоритм на языке КуМир.

Алгоритм:

– Запускаем программу КуМир, активируем модуль Робота, убрав комментарий в первой строке («│использовать Робот»);

– Загружаем новую стартовую обстановку «Лабиринт» (Робот – Редактировать стартовую обстановку Робота). Задаем стены и коридоры, размещаем Робота слева от лабиринта.

– Пишем команды для Робота, используем цикл с условием (Вставка – нц-пока-кц). Условия «пока справа свободно», «пока снизу стена», «пока сверху свободно», «пока снизу свободно», «пока сверху стена» позволяют проверить, свободен ли путь для Робота из всех возможных направлений: справа, снизу, сверху, пока стена.

– Запускаем выполнение написанного алгоритма и убеждаемся в том, что программа работает: Робот должен пройти все клетки лабиринта и закрасить их (Рисунок 2).

Рисунок 2. Выполнение алгоритма исполнителя Робот

Задача 2. Моделирование в электронных таблицах «Работа с датами»

Необходимо вставить и заполнить таблицу со следующими пунктами (Рисунок 3). Выяснить является ли сегодняшний день выходным или будним днем.

Рисунок 3. Исходные данные для задачи

Алгоритм:

– Открыть Microsoft Excel, на новом листе создать таблицу из 2 столбцов и 11 строк (Вставка – Таблица);

– В ячейку (B1) вставим формулу: =СЕГОДНЯ(), таким образом в ней появится сегодняшняя дата;

– Разобьем появившуюся дату на составляющие в разные ячейки. В

B2: =Год(В1), B3: =Месяц(В1), B4: =День(В1);

    – Теперь в ячейку С5 введем дату своего рождения, именно с этой датой будет происходить сравнение между годами, месяцами и днями с помощью функции: =РАЗНДАТ (начальная дата; конечная дата; “способ измерения”). Способ измерения может быть задан как: “y”, “m”, “d”, “yd” , “md”, “ym” соответственно по исходной таблице. Используя следующие подобные формулы, нам удастся найти неизвестные ячейки.

(В5): =РАЗНДАТ(C5;B1;”y”)&” г.”

(B6): =РАЗНДАТ(C5;B1;”m”)&” мес. ”

(B7): =РАЗНДАТ(C5;B1;”d”)&” дн. ”

(B8): =РАЗНДАТ(C5;B1;”yd”)&” дн. ”

(B9): =РАЗНДАТ(C5;B1;”md”)&” дня”

(B10): =РАЗНДАТ(C5;B1;”ym”)&” мес.” ;

– Для того чтобы определить является ли день будним или выходным введем в ячейку (B11) следующую формулу:

(В11):=ЕСЛИ(ДЕНЬНЕД(СЕГОДНЯ())*(ДЕНЬНЕД(СЕГОДНЯ())<5);

“Выходной”;”Рабочий”).

Таким образом, при выполнении данных операций получим таблицу с нужными нам значениями (Рисунок 4).

Рисунок 4. Таблица «Работа с датами»

Таким образом, если использовать интересные примеры и задачи при обучении детей линии «Моделирование и формализация», можно развить и формировать творческое исследовательское мировоззрение у учащихся, а также решить многие другие задачи, связанные с самостоятельным поиском решения.

BIM технологии используются для проектирования и документирования строительных и инфраструктурных проектов. Все компоненты здания моделируются в BIM. Модель может использоваться для анализа в целях изучения вариантов проекта и создания визуализаций, которые помогут участникам лучше понять, как будет выглядеть здание в реальных условиях. Модель также используется для создания проектных документов для строительства.

В России по внедрению BIM-технологий был утвержден План поэтапного внедрения технологий информационного моделирования в промышленном и гражданском строительстве (приказ Минстроя от 29.12.2014 N 926/пр). При Минстрое создана рабочая группа для решения вопросов, возникающих в ходе реализации Плана (приказ Минстроя от 17.03.2015 N 182/пр) [2].

Технология BIM основана на трехмерных моделях проектируемых объектов. BIM – это процесс моделирования и управления полным жизненным циклом здания. Наличие единой цифровой модели объекта может стать основой дальнейшей цифровизации [3]. BIM предлагает и множество других преимуществ. Значительный процент расчетов выполняется автоматически, увеличивается скорость проектирования, уменьшается количество проектных ошибок, сокращается время рассмотрения и проверки проекта, работ и объекта. В итоге все это приводит к снижению стоимости строительства объекта. Технология BIM повышает качество проектирования, строительства и эксплуатации объектов различного назначения, позволяет прогнозировать более точные сроки выполнения работ и их стоимость на всех этапах «жизненного цикла» объекта капитального строительства [4]. Формирование нормативно-технической базы для внедрения информационного моделирования в строительстве началось в России в 2015 году.

Технология BIM была использована при строительстве 8 стадионов Чемпионата мира по футболу в российских городах, на которых проводились матчи.

Использование средств информационного моделирования объектов позволило проектировщикам, подрядчикам и строительным организациям выполнять работы высокого качества. Технология BIM использовалась при строительстве стадионов в Москве, Санкт-Петербурге, Саранске, Волгограде, Нижнем Новгороде, Самаре, Сочи и Казани. Таким образом, каждый объект создавался с использованием уникальных и впечатляющих элементов дизайна.

Одним из таких стадионов является московский «Спартак». В его конструкции использовались толстостенные трубы, которые позволили уменьшить расход металла.

Конструктивные особенности стадиона в том, что имеется выкатное поле и убирающаяся крыша. Стройка стадионов проходила с опозданием менялись, подрядчики, но благодаря использованию BIM-технологий смогли избегнуть конфликтов и ненужных работ. По итогу работы были выполнены к сроку и соблюдены требования FIFA.

Овальный стадион «Мордовия Арена», находится в Саранске, вместимость стадиона на аудиторию 44000 человек. Он базируется на 88 соединенных между собой консолях высотой 40 м с пролетом в 49 м. Данные конструкции выпустил завод «Белэнергомаш», который применяет BIM-технологии.

На новом стадионе «Волгоград Арена» 45000 зрителей Он отличается уникальной вантовой крышей и создан ажурный плетеный фасад. Техническая сложность этого проекта требовала тесного сотрудничества между поставщиками и строителями, что обеспечивало оптимальную четкость производства и сборки. Для выполнения такой задачи всю информацию о строительстве зданий интегрировали в одну 3D-модель. Данные передавались непосредственно от модели к машине, что позволило повысить гибкость и точность, а также уменьшить время выполнения [5].

Технология BIM – это большой скачок вперед для строительной отрасли, но он требует серьезных материальных вложений и качественного улучшения информационно-технической базы [6]. Этот факт вдохновляет не только на строительство, но и на разработку отечественного программного обеспечения. Для того чтобы эффективно осуществлять строительство зданий и сооружений, а также соответствовать запланированным стоимостным и временным показателям проекта, необходимо использовать технологию BIM, основанную на элементах информационного моделирования.