Требования к качеству образования и уровню подготовки, предъявляемые работодателями (для выпускников ВУЗов) и ВУЗами (для абитуриентов) постоянно растут. Повышение требований к уровню знаний обусловлено прогрессирующим процессом внедрения в промышленность новых технологий высокого уровня, оборудования, использующего в работе высокие технологии, тотальной компьютеризацией и информатизацией всех без исключения производственных процессов. Качество образования напрямую зависит от объема информации, усвоенной обучаемым. Процент усвоенной информации, в свою очередь, зависит от формы ее предоставления обучаемому, поэтому в настоящее время представляется необходимым использование современных информационных технологий в области среднего и высшего образования. Особенно интересным и перспективным представляется применение таких современных информационных технологий именно для новых технологий высокого уровня таких, как мембранные технологии.

Большие объемы информации, необходимой для всестороннего понимания преподаваемого предмета, уже не могут быть восприняты в должной степени с обычных статических носителей, таких как книги, методические пособия и обычные лекции, проводимые без использования современных методов представления информации. С другой стороны, существующие технологии представления разнообразной информации, такой как видео-, аудио-, текстовая, графическая информация, позволяют придать процессу обучения динамичность, гибкость и высокую интерактивность. Последнее очень важно для обеспечения закрепления полученных знаний. Технологии обработки и представления информации носят название мультимедийных технологий.

Основой современного перехода от индустриального этапа развития общества к информационному являются новые информационные технологии (НИТ). Информатизация позволит в конечном итоге эффективно использовать следующие важнейшие преимущества НИТ:

Кроме того, новые информационные технологии позволяют решать ряд принципиально новых дидактических задач:

• изучать явления и процессы в микро- и макромире, внутри сложных технических и биологических систем на основе использования средств компьютерной графики и компьютерного моделирования;
• представлять в удобном для изучения масштабе времени различные физические, химические, биологические и социальные процессы, реально протекающие с очень большой или очень малой скоростью.

При этом обучающийся может получить знания декларативным способом, т.е. ориентированным на последовательное предъявление порций учебной информации и контролем ее усвоения (компьютерные учебники, тестовые и контролирующие программы, справочники и учебные базы данных, учебные видеофильмы), а также процедурным, т.е. строящимся на основе моделей изучаемых объектов, процессов и явлений (имитационные модели, предметно-ориентированные среды и разрабатываемые на их основе лабораторные практикумы, тренажеры, игровые программы).

Курс включает в себя графическую информацию в виде фотографий и схем аппаратов, технологических систем, а также ряд программ, позволяющих моделировать как технологические схемы, так и отдельные аппараты мембранной промышленности. Такие программы выступают в роли тренажеров для обучаемых, позволяют им изучать тот или иной процесс разделения в пределах среды моделирования. Данный курс обладает еще одним существенным достоинством – он может быть легко перепрофилирован для обучения любой другой дисциплине. Идеология программной оболочки для создания курса обучения не накладывает специальных требований на характер представляемой информации, ее объем и форму. То есть, по сути, программная оболочка курса является средством конструирования необходимой последовательности материалов, составляющих курс обучения по той или иной дисциплине.

Среда моделирования процессов и аппаратов мембранной промышленности разрабатывается с использованием такого средства RAD, как Inprise Delphi версии 5.0. При разработке среды моделирования используются технологии объектно-ориентированного программирования, дающие возможность постоянного совершенствования программного обеспечения курса, а также возможность подключения пользовательских модулей, выполняющих не предусмотренные разработчиками курса операции (вычисления по собственным моделям процессов, специфическая обработка данных и прочее). Такой подход обеспечивает максимальную гибкость той части мультимедийного курса, которая представлена программным обеспечением.

Курс состоит из трех частей:

• лекции;
• тесты;
• программы расчета.

Лекции базируются на методической литературе и являются динамическими. Они являются основой курса, одним из важнейших форм учебных занятий и составляют основу теоретической подготовки обучаемых. Цель лекций дать систематизированные основы научных знаний по дисциплине, раскрыть проблематику, состояние и перспективы прогресса в конкретной области науки и технике, сконцентрировать внимание на наиболее сложных и узловых вопросах. Общая структура лекций представлена ниже:

Введение.

2. Разделение жидкостей.

3. Разделение газов.

4. Жидкие мембраны.

5. Мембранные биореакторы.

6. Проектирование мембранных схем разделения.

7. Информационные системы по выбору мембранного оборудования.

• один из многих – необходимо выбрать один правильный ответ;
• многие из многих – необходимо выбрать несколько правильных ответов;
• описательные – необходимо дать развернутый ответ на поставленный вопрос.

Специфика тестов заключается в том, что необходимо не только отметить правильные ответы, но и выбрать неправильные. Это поможет преподавателю в ходе проверки знаний выяснить, на какие вопросы студент знал ответ, а какие пытался угадать. Помимо этого предполагается ограничить время ответов на вопрос, для того чтобы при сдаче контрольного теста у студента не было времени воспользоваться дополнительной литературой. Сами тесты разделяются на контрольные и промежуточные. Промежуточные отличаются тем, что они предназначены не для проверки знаний, а для того, чтобы студент лучше усвоил изученный материал, поэтому в тесте находятся ссылки на материал, где изучался вопрос.

Программы. В курсе используются лабораторные работы.

С целью автоматизации данной работы был разработан и создан программный комплекс для расчета процесса микрофильтрации на трубчатом мембранном элементе [4]. Комплекс позволяет решать следующие задачи:

• рассчитывать профили скорости и давления в напорном канале;
• определять изменение удельной производительности мембраны как по длине элемента, так и во времени;
• вычислять толщину осадка в любой момент времени;
• графически представлять всю информацию и редактировать её.

Для расчета процесса была разработана математическая модель микрофильтрации, основанная на уравнениях сохранения массы и энергии и уравнении фильтрации сквозь пористую среду. Комплекс разработан при помощи среды программирования Borland Delphi 3 и имеет удобный интерфейс и множество сервисных возможностей.

Следующей практической расчетной работой для студентов является моделирование мембранных биореакторов. Эта работа дает студентам наглядное представление о прикладном значении использования мембран. Рассматривался мембранный биореактор с вынесенным мембранным элементом. При подключении мембраны через нее происходит удаление продуктов биосинтеза, а биомасса возвращается обратно в биореактор.

Достоинством данного программного модуля является возможность определения параметров устойчивой работы мембранного биореактора с помощью метода Ляпунова, что позволит студентам лучше понять физический смысл протекающих процессов.