|
|
| Виртуальный фонд естественнонаучных и научно-технических эффектов "Эффективная физика" | |
О проекте |
Технические требования |
Решение задач |
Статистика |
Помощь |
Письма |
| О проекте |
 |
Виртуальный фонд естественнонаучных и научно-технических эффектов является учебно-методическим и справочным средством, реализованным на основе современных Internet-технологий. Он ориентирован на разные уровни образования (среднее общее; начальное, среднее, высшее и послевузовское профессиональное) и может применяться в учебном процессе по естественнонаучным и техническим дисциплинам в рамках семинарских, практических и лабораторных занятий, при подготовке к контрольно аттестационным мероприятиям, а также в качестве средства самоподготовки и электронного справочника.
Использование фонда способствует повышению эффективности учебного процесса и увеличению качества подготовки за счет системного представления множества эффектов и явлений, относящихся к различным разделам естественных наук и областям техники, установления связей между естественнонаучными и технологическими знаниями, традиционно приобретаемыми изолированно друг от друга в рамках разных дисциплин, а также применения современных информационных технологий, обеспечивающих новые дидактические возможности.
Основные категории пользователей фонда:
В технических приложениях современного естествознания эффектом называют конкретную, идентифицируемую, измеряемую, устойчивую и потенциально многократно повторяемую причинно-следственную связь, фиксирующую качественно и (или) количественно либо новое свойство объектов вещественно-полевой природы, проявляющееся во взаимодействии их с внешней средой, либо существующие взаимосвязи отдельных свойств в форме теоретических или эмпирических математических соотношений величин.
Эффекты подразделяются на естественнонаучные (ЕНЭ) и научно-технические (НТЭ). Первые либо отражают законы и закономерности, имеющие феноменологический характер (например, нагревание проводника при прохождении по нему электрического тока), либо фиксируют взаимосвязи показателей (величин), фигурирующие в их определениях (например, зависимость давления от силы). ЕНЭ рассматриваются как неделимые, элементарные единицы. В отличие от них НТЭ представляют собой цепочки совместимых ЕНЭ, соответствующих типовым принципам технических систем (ТС). Примеры НТЭ: электрический генератор, микрофон, лампа накаливания и др.
Под ЕНЭ понимают некоторую причинно-следственную связь, в которой обнаруживается одно или несколько ярко выраженных качеств, свойств явления, процесса или отдельных элементов физических, химических или биологических объектов или систем вещественно полевой природы.
В зависимости от принадлежности к тем или иным естественным наукам ЕНЭ подразделяются на физические, химические, биологические, биохимические и др. Аналогично, НТЭ подразделяются на физико-технические, химико-технические, биотехнологические и т.д.
Основой принципа действия любой ТС (устройства, технологии) является структура, образованная совместимыми ЕНЭ и НТЭ и реализующая требуемую функцию. В настоящее время известно около 10000 ЕНЭ и более 1 млн. НТЭ, представляющих практически все мироздание. Получая образование в вузе, будущий инженер знакомится с 250-350 ЕНЭ. Однако, знания о них не составляют систему, так как соответствующие вопросы изучаются в рамках разных дисциплин (естественнонаучных, общеинженерных, специальных технологических) изолированно друг от друга, методически и дидактически по разному. В литературе и базах данных информация об эффектах и явлениях также разрознена и отражена фрагментарно. В результате инженер, разрабатывая принцип действия ТС, в лучшем случае оперирует 30 50 эффектами. Большая же часть инженеров даже не ставит перед собой задачу поиска новых принципов действия, ограничиваясь оптимизацией конструктивно технологических параметров известных технических решений. Обычно на этом уровне выбирается некоторый прототип (как правило, широко известный принцип действия), который оптимизируется в соответствии с конкретными условиями. Ясно, что при таком подходе разрабатываемые технические решения не могут выйти за рамки ограничений исходного прототипа (в большинстве случаев за счет оптимизации эффективность увеличивается не более чем на 30 40%).
Создание концептуально новых поколений технологий и техники требует разработки и использования новых принципов действия. При этом наиболее существенные практические результаты имеют место при включении в структуру принципа действия эффектов, ранее не применявшихся в данной предметной области. Практика показывает, что расширение интеллектуального багажа разработчика даже несколькими десятками эффектов, реализующих основные функции данной предметной области, значительно повышает качество принимаемых им проектных решений.
Описания эффектов в фонде имеют единую унифицированную форму, включающую следующие разделы:
Эффекты описаны на русском языке.
Все графические иллюстрации и анимации имеют единый стиль и являются компактными (для снижения времени передачи соответствующих данных по вычислительным сетям).
Структурированность описания эффекта и наличие в нем формализованной части являются условиями для реализации в программных средствах фонда механизмов информационного поиска, обладающих принципиально более широкими возможностями по сравнению с традиционными процедурами поиска по наименованию и ключевым словам.
Формализованное описание эффекта включает:
Входная и выходная системы состоят их объектов и отношений, имеющих вещественно-полевую природу. Объекты и отношения представляются наборами характеристик, выбираемых из онтологии (систематики) научно-технических характеристик и выражаемых качественно или количественно. Во втором случае указываются комбинации диапазонов значений. Выбранные характеристики помечаются как положительные или отрицательные. Качественные положительные характеристики обозначают наличие тех или иных свойств, качественные отрицательные - отсутствие. Аналогично, для количественных характеристик указываются комбинации положительных либо отрицательных диапазонов. Положительные диапазоны обозначают принадлежность, отрицательные - непринадлежность им значений соответствующих показателей.
Во входной системе выделяются характеристики, выступающие в качестве причин действия эффекта, а в выходной - характеристики, являющиеся его следствиями. В множество причин включаются характеристики, влияющие на проявление эффекта, с помощью которых можно управлять его действием. К следствиям относятся изменения в выходной системе по сравнению со входной.
Преобразование входной системы эффекта в выходную представляется совокупностью функций связи характеристик-причин входной системы и характеристик-следствий выходной, выражаемых правилами "при определенном изменении характеристики-причины имеет место определенное изменение характеристики-следствия" (при условии, что прочие характеристики причины не меняются).
Описание отношений между элементами входной и выходной систем отражает траектории преобразования объектов и отношений в рамках эффекта. В данной части описания указывается множество пар, первыми элементами которых являются объекты (отношения) входной системы, а вторыми - соответствующие им объекты (отношения) выходной системы. Смысл подобного соответствия заключается в том, что элементы выходной системы преобразуются из (формируются на основе) элементов входной системы. Важно, что в процессе этого преобразования несмотря на изменение свойств сохраняется качественная суть объектов и отношений. Не всем объектам и отношениям могут быть приписаны корреляты в противоположной системе. Элементы входной системы, не переходящие в выходную систему, исчезают (деградируют). Элементы выходной системы, для которых не указаны соответствующие элементы-источники во входной системе, появляются в результате действия эффекта.
Онтология научно-технических характеристик фиксирует общее терминологическое пространство для экспертов, готовящих описания эффектов, и пользователей фонда. Она используется как при построении формализованных описаний эффектов, так и составлении запросов на поиск по ним. В настоящее время онтология включает более 1200 свойств и отношений, организованных в таксономию с определенными на них ограничениями целостности, отражающими совместимость характеристик.
Проиллюстрируем значение формализованного описания на примере. Ниже приведено формализованное описание эффекта Холла.
Входная система |
Выходная система |
| Объект 1. | Объект 1. |
| Наименование: твердое тело (ТТ). | Наименование: твердое тело (ТТ). |
Характеристики:
|
Характеристики:
|
| Объект 2. | Объект 2. |
| Наименование: магнитное поле (МП). | Наименование: магнитное поле (МП). |
Характеристики:
|
Характеристики:
|
| Отношение 1. | Отношение 1. |
| Наименование: вещество в поле. | Наименование: вещество в поле. |
| Объекты-корреляты: ТТ, МП (ТТ внутри МП). | Объекты-корреляты: ТТ, МП (ТТ внутри МП). |
| Характеристики: класс отношения - пространственное расположение объектов/объект А внутри объекта В. | Характеристики: без изменений. |
Традиционные поисковые средства позволяют находить документы, индексируемые компоненты которых содержат слова или фразы, указанные в запросе. Наличие формализованного описания существенно расширяет возможности поиска. Например, описание эффекта Холла будет выдано в ответ на запросы следующего содержания:
Заметим, что приведенные запросы содержат термины, которых в явном виде нет в формализованном описании эффекта Холла (проводник, вещественный объект, газ, полевой объект). Тем не менее благодаря наличию онтологии поисковые средства фонда успешно обрабатывают подобные запросы. Решение о релевантности им эффекта Холла принимается, исходя из согласования следующих компонентов запросов и описания:
Программные средства фонда обеспечивают следующие способы доступа к описаниям эффектов:
Доступ к фонду осуществляется по Internet и является свободным. Требования к техническим средствам, необходимым для использования фонда, приведены в разделе "Технические требования". Описание порядка работы с фондом изложено в разделе "Помощь".
Организации-участники проекта:
В работах по проекту также участвуют ученые из других российских университетов и институтов РАН.
Решение методических и программно-технических вопросов, а также координацию проекта обеспечивают ГНИУ "ЦИАН" и ЗАО "УНИКОР".
Так как текущий состав участников проекта представляют специалисты в области физики и техники, в настоящее время фонд содержит, главным образом, физические эффекты. Большая часть этих эффектов по структуре являются ЕНЭ (не НТЭ). Поскольку описание НТЭ включает ссылки на входящие в него ЕНЭ, формирование массива описаний НТЭ целесообразно разворачивать после того, как будет подготовлен представительный массив описаний ЕНЭ.
Работы по наполнению фонда продолжаются. В перспективе планируется представить в фонде эффекты, относящиеся не только к физике, но и другим естественным наукам (химии, биологии), а также областям техники, в которых они используются.
| О проекте Технические требования Решение задач Статистика Помощь Письма | |
|
|
| Copyright © 2000-2003 UNICOR | Вэб-хостинг: uniArt |