Интегрированные Системы Моделирования Химический Реакций для Обучения Химической Термодинамике и Кинетике. Опыт Использования в МФТИ.

И.А.Кириллов, Б.В. Потапкин, М.А. Деминский, А.С. Петрусев, Е.В. Шулакова, М.И. Стрелкова, И.В. Чешигин

Комментарий. (Рудный Е.Б., МГУ, Москва) На каком уровне в вашей системе можно работать с растворами(расплавами)? Из слайдов у меня сложилось впечатление, что вы находитесь на уровне ИВТАН-ТЕРМО (чистые вещества + идеальный ассоциированный раствор). Однако этого недостаточно для работы с реальными химическими системами. Соответственно, есть ли возможность работать с энергией Гиббса, задаваемой по уравнению Редлиха-Кистера и более общим полиномиальным моделям, регулярным ассоциированным раствором, с решеточными моделями? Какова у вас база данных для раствора и из каких источников она составлена? Спасибо за доклад, Евгений Рудный

Комментарий. (Рудный Е.Б., МГУ, Москва) Одна из проблем, с которой я лично все время сталкиваюсь при использовании ПО в обучении студентов, это как разделить обучение науке от обучения использования конкретной компьютерной программы. Компьютерная программа решает задачи при использовании численных методов, и это все скрыто от студента. В результате он приобретает навыки решения научных задач при использовании данной программы, но у него нет понимания, а как эти задачи вообще решаются. Не сталкивались ли вы с такой проблемой, и если да, то как вы ее решаете. С уважением, Евгений Рудный

Вопрос. (Рудный Е.Б., МГУ, Москва) Не удержусь, и все-таки спрошу. А что это такое - "креативность студентов"? Евгений Рудный

Комментарий. (Кириллов И.А., РНЦ "Курчатовский Институт", Москва) Версия 2.1, которая используется для обучения на физтехе, работает только в приближении идеальных растоворов. В своей практической работе мы можем работать с полиномиальными моделями произвольного вида (задаваемого пользователем). Приближение идеальной термодинамики Гиббса обладает, по нашему практическому опыту, очень широким спектром реальных (научных, индустриальных) приложений. Высокотемпературная переработка мусора, горение и взрыв газовых смесей, пиролиз углеводородов, восстановление металлов, плазмохимические реакции для микроэлектронных приложений - это только небольшая часть контрактов, которые были сделаны с помощью версии 2.1 в течении последних трех лет. В разрабатываемых в настоящее время программных компонентах для профессиональной версии 3.0 указанные Вами возможности будут реализованы для. Нам будет интересно провзаимодействовать с Вами по этому кругу термодинамических вопросов. С уважением Игорь Кириллов

Комментарий. (Кириллов И.А., РНЦ "Курчатовский Институт", Москва) Уважаемый Евгений, я, к сожалению, не знаю - о каких программах Вы говорите (и буду признателен, если Вы сообщите мне их список). Можно предположить, что проблема разделения обучения науке и обучения пользованию программой может возникнуть при использовании общематематических пакетов (MATHCAD, MATEMATICA, MATLAB, POLYMATH, ASCEND, etc.) в курсах вычислительной математики и численных методов. Действительно, программы решают системы сложных уравнений, записаных студентов в виде, практически совпадаюшем с видом уравнений на листе бумаги. Студент приносит преподавателю ответ, полученный машиной (а не самим студентом) и преподавателю предстоит выяснить в ходе устной беседы - понимает ли студент сущность численных методов и т.д., использованных при решении задачи. Ситуация похожа на использование калькуляторов первокласниками - смышление дети могут быстро освоить калькулятор, но не знать таблицу умножения. В нашем случае (обучение хим. кинетике и термодинамике на 2-3 курсе физтеха) с упомянутой Вами проблемой мы не сталкивались. Причин этому две - 1. студенты сейчас (в общей своей массе) достаточно эрудированы в компьютерной области (и сейчас - на третьем семестре обучения) им хватает 7 страниц описания интерфейса для уверенной навигации внутри системы, проведения расчетов и визуализации результатов; 2. поскольку наша задача обучать именно кинетике и термодинамике, а не численным методам решения систем алгебраических, или "жестких" уравнений (это "вотчина" факультета прикладной математики и управления - существуют как общеинститутский цикл, так и специализированные курсы для интересующихся). Наша функция - предоставить легкий в использовании инструмент, который позволил бы студенту (или экспериментатору) не тратить время на программирование и отладку программ, поиск и сохранение физико-химических данных, а сфокусироваться именно на закономерностях кинетики и термодинамики. Аналог - дети в художественной школе - мы позволяем им пользоваться широким выбором красок, холстов и т.д. и по тому как они пользуются предоставленными возможностями модно судить об усвоении ими материала.

Комментарий. (Кириллов И.А., РНЦ "Курчатовский Институт", Москва) Креативность - это латинизированное название способности человека (в том числе и студента) к нахождению нестандартных решений, постановке необычных (в смысле глубоких, точных) вопросов, касающихся существа дела. В группе (на физтехе в лаборатории это 7-8 человек) обычно есть один-два студента, которые в ходе работы задают "неудобные" вопросы, предлагают новые способы решения задач и реально помогают (своими вопросами) улучшению лабораторных работ.

Комментарий. (Фазлиев А.З. Институт оптики атмосферы СО РАН, Томск) Объясните почему при создании Вашей интегрированной системы Вы не пошли по пути использования Интернет-технологий? Выбор таких технологий существенно расширил бы число пользователей Вашей обучающей системы. Это в духе тенденций дистанционного образования и просветительской работы, проводимой МФТИ. Непроверяемость программного обеспечения заложенного в основу систему, его непрозрачность - вот что сейчас наиболее обсуждаемо среди программистов и разработчиков ПО. На данный момент Ваша система - кот в мешке. Коммерческий характер разработки или иные причины являлись путеводителем в выборе решения? Трудно судить по описанию, что внутри системы. Сама идея хороша. Наши работы тоже развиваются в подобном направлении.

Комментарий.(Кириллов И.А., РНЦ "Курчатовский Институт", Москва) Уважаемый Александр Зарипович, первый прототип нашей системы появился в 1992, когда Интернет-бума не существовало (по крайней мере в его нынешних формах). Он был создан для того, чтобы облегчить нашу повседневную исследовательскую работу в области плазмохимии и горения путем программной интеграции возможностей баз данных, решателей систем алгебраических и дифференциальных уравнений, средств визуализации и т.д. С появлением новых практических задач, решаемых нашей лабораторией в Курчатовском Институте, росли и возможности ХимВерстака. Каждый тип реактора, или часть базы данных - это фрагмент (точнее результат) какой либо исследовательской или проектной работы, результаты которых опубликованы в научной печати, докладывались на конференциях или представлены в виде отчета заказчику. Их список Вы можете найти на нашем WEB сайте -www.kintech.ru . Идея использовать Верстак для обучения пришла сравнительно недавно. Цель доклада - рассказать о результатах этой работы и привлечь внимание научно-педагогической аудитории российского сегмента Интернета к новому и мощному инструменту, созданному в России. После моих докладов и последующих дискуссий с зарубежными коллегами на конференциях AIChE (March 2000, Atlanta), DECHEMA (May 2000, Frankfurt), CHIZA (August 2000, Prague) мы утвердились в понимании того, что даже существующая версия 2.10 Верстака является существенно новым шагом на пути развития интегрированных систем моделирования химических реакций. Если нам позволят наши внутренние ресурсы, то Интернет версия может появиться в некотором усеченном виде, поскольку многие виды крупномасштабных расчетов (порядка 500-600 элементарных реакций) трудно организовать в интерактивном режиме удаленного доступа. В данном докладе не предполагалось подробно рассказывать об архитектуре, полных функциональных возможностях пакета. Эти подробности также находятся на нашем сайте - www.kintech.ru Нам, как и другим участникам конференции, было бы интересно ознакомиться с Вашими работами в данном направлени. Не могли бы Вы указать библиографические или Интернет ссылки на Ваши работы ? Нельзя ли ознакомиться с демо-версией Ваших программ или их электронных презентаций ? Буду очень признателен Вам за конструктивные ответы на мои вопросы. С уважением, Игорь Александрович Кириллов

Комментарий. (Фазлиев А.З. Институт оптики атмосферы СО РАН, Томск) Наша система работает и ее адрес дан в перечне докладов конференции. http://atmos.iao.ru/ На страничке нашей лаборатории даны и ссылки на наши работы и сами статьи. Система похожая на Вашу есть в Институте механики МГУ (АВОГАДРО). Я посмотрю Ваш сайт. С уважение Фазлиев А.