Моделирование в инженерии и образовании

О моделях и моделировании при подготовке будущих инженеров чаще всего говорят в связи с технологией создания трехмерных цифровых моделей деталей, сборок и других объектов, которые предполагается использовать для цифровых расчетов и производства

Но не менее важным для будущего инженера является освоение моделирования в исходном философском и исследовательском смысле — как выделение значимых характеристик анализируемого объекта или процесса не непосредственно, а в специальном объекте-заместителе, обладающем теми же характеристиками, что у исходного объекта, но в более удобной для последующей работы форме — в виде схемы, чертежа, макета, цифрового представления и т. д.

например, при 3D-печати или в виртуальных мирах

Моделирование связано с работой с идеальным

Запуск педагогического конкурса Кружкового движения НТИ в 2026 году призван закрыть этот пробел

Благодаря выделению значимых характеристик процесса, например, движения робота, можно исследовать работу этой технической системы или разрабатывать новую подобную систему.

Так, робот в виртуальной среде или в игре может за счет работы с теми же характеристиками процесса движения выступать в роли объекта-заместителя, то есть моделировать реальный робот.

Моделирование является важной составляющей предметного содержания школьной физики, химии, биологии и других предметов, без моделирования невозможно обойтись в инженерной разработке и проектировании, но формированию этой способности уделяется мало внимания — она редко присутствует явно образовательных целях занятий основного и даже дополнительного образования. В государственных стандартах и в школьной программе по информатике модели и моделирование хоть и упоминаются, но только теоретически, без серьезного освоения способов моделирования и применения на практике.

В рамках конкурса вам предстоит работать с моделями процессов, принципиально важных для технических систем, таких как движение, ориентация, управление и др. Участникам конкурса предстоит разработать и провести занятия, в которых ученики будут самостоятельно анализировать существующие и строить новые модели, применять модели для получения знаний или инженерной разработки.

Моделирование — центральный вопрос конкурсной работы

Участникам конкурса сперва самостоятельно, а затем вместе со своими учащимися придется пройти путь исследователя технической системы или инженера-разработчика. Для этого педагогу нужно будет проработать серию занятий из двух фокусов — дидактического и методического. На рисунке 2 показана общая логика предлагаемых участникам конкурса исходных условий и содержание их разработки.

Для проектирования конкурсных занятий мы предлагаем педагогу опереться на один из двух типов учебной ситуации. В первой ситуации учащимся придется моделировать в виртуальных средах и в реальности, а во второй номинации моделирование станет частью полного цикла управления киберфизическим устройством. Разработанное педагогом содержание должно найти свое отражение в данной форме занятия. Каждая из этих ситуаций соответствует отдельной номинации конкурса и подробнее описана в следующих разделах.

Таким образом, в ходе разработки и проведения занятия педагог сможет не только погрузить учащихся в новое содержание инженерного образования (в том числе взглянув на результаты такого образования шире, чем только на освоение только технических знаний и навыков), но и попробует превратить модели и моделирование в полноценный инструмент общей работы.

С точки зрения трансляции нового содержания образования (дидактический фокус) участникам конкурса предстоит выбрать один из предложенных базовых процессов, важных для инженерии, и вариант современной ситуации употребления технической системы, реализующей этот процесс.

Например, рассмотреть процесс ориентации подводного робота или передачу энергии на расстояние между городами. Опираясь на выбранный процесс и ситуацию употребления необходимо будет выбрать техническую систему, предложить значимые характеристики ее работы, позволяющие рассмотреть базовый процесс, заданную этими характеристиками модель и даже дойти до технической реализации системы — в виртуальной среде или в реальности.