Использование Maple в учебном процессе НИУ "МЭИ"

Профессор НИУ "Московский энергетический институт" Валерий Федорович Очков рассказывает о своем опыте использования системы компьютерной алгебры Maple для исследований, а также в рамках учебного процесса на кафедре Технологии воды и топлива, где он работает уже 27 лет. Профессор Очков является автором множества публикаций в области теплотехники, теплообмена и энергетики. Он также широко известен в России и мире как пионер в области внедрения новейших информационных технологий в образование.

Профессор Очков имеет большой опыт работы с системой Maple и является автором нескольких динамических приложений, доступных на сайте компании Maplesoft. В своей преподавательской деятельности он также активно использует Maple, в частности функционал Clickable Math, позволяющий в интерактивном режиме, с помощью мыши решать разнообразные математические задачи, и различные интерактивные специализированные модули. Система Maple позволяет студентам математических и инженерных дисциплин исследовать и анализировать разнообразные технические задачи, а также создавать динамические и наглядные визуализации для детального ознакомления с отдельными концепциями. “Используя Maple, студенты видят математику под совершенно новым углом, выходя за рамки традиционных учебников, - говорит профессор Очков, - такой подход чрезвычайно важен для расширения области применимости информационных технологий в учебном процессе не только в университетах, но и в старших классах средней школы”.

Недавно Валерий Федорович начал внедрять систему в свой учебный курс Информационные технологии в энергетической промышленности. Несмотря на многолетний опыт работы с различными вычислительными инструментами, профессор Очков считает Maple одной из наиболее мощных математических систем. Другие вычислительные комплексы имеют лишь ограниченный функционал в области символьных расчетов, в то время как Maple предлагает пользователям мощное символьное вычислительное ядро, а математическая нотация, практически полностью совпадает с привычной нам нотацией классических бумажных учебников. Также профессор Очков часто использует интерактивные помощники внутри системы для эффективного и наглядного решения математических и инженерных задач. Эти помощники позволяют студентам исследовать основные концепции изучаемой дисциплины, разрабатывать алгоритмы для решения тех или иных задач и создавать мини-приложения без серьезного погружения в программирование. В качестве примера можно выделить два уникальных модуля, которые выделяют систему Maple на фоне других программных продуктов - модуль для построения трехмерных поверхностей, заданных в неявной форме и модуль для анализа различных классов систем обыкновенных дифференциальных уравнений, включая специфические начальные условия и краевые задачи.

С момента развертывания Maple в учебном классе профессор Очков отметил позитивную динамику в работе студентов. “Система Maple помогает донести до студентов различные инженерные концепции в наглядной форме, что позволяет им легче воспринимать материал. Символьная математика в Maple не имеет аналогов в мире и видно, что студентам по-настоящему нравится работать в системе, - говорит Валерий Федорович, - студенты больше вовлечены в учебный процесс и могут не только решать множество вычислительно сложных задач, но и самостоятельно визуализировать полученные решения, что позволяет глубже понять материал и, в последствие, помогает легче освоить более продвинутые дисциплины.”

Приложение, разработанное профессором Очковым для определения максимального температурного КПД паровой турбины с двумя устройствами предварительного нагрева. Приложение доступно по ссылке.

В рамках своей научной деятельности профессор Очков активно участвует в работе международной ассоциации IAPWS (International Association for the Properties of Water and Steam). IAPWS занимается исследованием свойств воды и пара, включая теплофизические свойства, водно-химические режимы и другие аспекты высокотемпературного пара, воды и водяных смесей. В результате, в системе Maple им было разработано оналйн-приложение, калькулятор для расчета свойств воды, которое в настоящий момент доступно любому пользователю через бесплатную платформу Maple Cloud.

Онлайн калькулятор предназначен для решения сложных уравнения Гиббса и Гельмгольца в частных производных, которые позволяют оценить максимальную работу в термодинамической системе при заданных постоянных значениях температуры и давления.

Калькулятор позволяет расчитать термодинамические характеристики и свойства переноса воды. Приложение доступно по ссылке.

Используя этот калькулятор, пользователи могут задать входные значения для температуры и плотности воды, после чего рассчитать основные термодинамические характеристики и свойства переноса.

В заключении профессор Очков отметил: “Система Maple позволяет решать сложные математические задачи более точно и эффективнее, чем любая другая математическая система, которую я когда-либо использовал. В будущем я планирую еще больше использовать Maple в своих исследованиях и преподавательской деятельности”.