V článku je po stručném fyziologickém úvodu popsán model uvedením jeho rovnic a blokového schématu. Simulace je provedena v simulačním prostředí MATLAB-SIMULINK. Na závěr jsou uvedeny výsledky simulace pro konkrétní parametry modelu. Model je součástí výukového simulačního systému používaného při výuce předmětu Biokyberneíika na FEL ČVUT.
A model description (equations, block diagram, simulation diagram) after a brief physiological introduction is introduced. The model simulation runs in SIMULINK, a MATLAB superstructure. Simulation results and model parameters survey are introduced in the end of our work. The model is a part of an educational simulation system created for teachit ling the subject Bwcybernetics on the Faculty of Electrical Engineering, Czech Technical University.
V simulační studii je uveden model závislosti srdeční frekvence na fyzické zátěži Po stručném fyziologickém úvodu je popsán model blokovým schématem a uvedeny výsledky simulace pro čtyři skupiny lidí (s průměrnou fyzickou kondicí, atleti, pacienti s ischemickou chorobou srdeční, po požití atropinu). Parametry modelu jsou uvedeny v příloze. Model je součástí integrovaného výukového simulačního systému využívajícího prostiředí MATLAB - SIMULINK. Tento systém je používán při výuce předmětu Biokybernetika na katedře kybernetiky ČVUT, FEL.
A model of heart rate dependence on physical load is ntroduced in the simulation study. Following a brief physiological introduction the model is described by the block diagram and the simulation results for four groups of people (with average physical condition, athlets, patients with ischemie heart disease, after atropin administration) are introduced Model parameters are in an appendix. The model is a part of an integrated educational simulation system using the MATLAB SIMULINK environment This system is used for teching the subject biocybernetics on the Department of cybernetics of the FEE CTU Prague.
Autor popisuje metodologii určenou pro vytváření e-learningového obsahu s využitím simulačních her. Je popsán celý návrhový proces, od sestavení formalizovaného popisu fyziologické reality, až vytváření interaktivního výukového softwaru. Při tom se využívají nejrůznější nástroje – od softwarových nástrojů pro numerickou simulaci jako Matlab/Simulink nebo Modelica, přes Adobe Flash pro tvorbu interaktivních animací, Control Web a Microsoft Visual Studio .NET pro vytváření uživatelského rozhraní, až po nástroje pro publikování na webu včetně Adobe Breeze. Tvorba moderních výukových aplikací je náročný a komplikovaný projekt, vyžadující týmovou spolupráci řady profesí – pedagogů, lékařů, tvůrců simulačních modelů, výtvarníků a programátorů. Cílem je poskytnout studentům výukový software, který jim pomůže pochopit složitou dynamiku fyziologických systémů.
The authors present a methodology of creating e-learning content with simulation games for the students of physiology and pathophysiology courses. The design process is explained starting from a formalized description of the physiological reality up to interactive educational software. Various software tools are used during the design, i.e. numerical simulation software Matlab/Simulink or Modelica, Adobe Flash for interactive animations, Control Web or Microsoft Visual Studio.NET for user interface design, and web publishing tools including the Adobe Breeze learning management system. Various professions are involved in complicated projects of modern educational applications – teachers, physicians, simulation/modeling experts, graphic designers and programmers. The aim is to provide students with software that helps them understand complex dynamics of physiological systems.
- Keywords
- simulační hry,
- MeSH
- Physiology education MeSH
- Internet utilization MeSH
- Medical Informatics * methods MeSH
- Computer-Assisted Instruction MeSH
- Computer Simulation * utilization MeSH
- Software MeSH
- Medical Informatics Applications * MeSH
- Publication type
- Research Support, Non-U.S. Gov't MeSH
- Geographicals
- Czech Republic MeSH
V simulační studii (ve výukovém referátu) je po stručném fyziologickém úvodu popsán lineární model izometrické kontrakce kosterního svalu pomocí mechanické analógie. Model se skládá z bloků, z nichž první, generující sílu, představuje kontraktilní aparát a další modelují plastické a elastické vlastnosti svalu na základě pružin a elementů viskozního třeni Platnost modelu je omezena pouze na okolí pracovního bodu činnosti svalu. Výsledky simulace vyjadřují grafy, charakterizující průběh koncentrace vápníkových iontů ve svalu, průběh síly generované svalem a srovnání průběhů této silypři různých periodách budicího signálu. Simulace probíhá v simulačním prostředí MATLAB - SIMULINK, jež tvoří základ výukového simulačního systému, využívaného při výuce předmětu Biokybernetika na katedře kybernetiky FEL, ČVU T v Praze.
After a brief physiological introduction a skeletal nuscle isometric contraction linear model using mezhanical analogy is described in the simulation study. The model consists of blocks; the first of them generaIng force, represents contractile apparatus and the text ones model plastic and elastic muscle qualities on the basis of springs and viscous friction elements. Model validity is limited only on muscle activity working point enviroment The simulation results are presented by graphs characterizing calcium ions in the nuscle concentration course, force generated by muscle course and comparizon of this force courses during various periods of exciting signal The simulation is performed in the MATLAB - SIMULINK environment making the bases of the educational simulation system used by teaching the subject Biocybernetics on the Department of Cybernetics of the Faculty of Electrical Engineering Czech Technical University in Prague.
V zimním semestru 2011 jsme odučili první semestr inovovaného předmětu Modelování a simulace pro magisterský obor Biomedicínské inženýrství na Katedře kybernetiky FEL ČVUT. Těžiště inovace spočívalo zejména ve změnách cvičení – oproti minulým letům, kdy se na cvičení vyučoval jazyk MATLAB/Simulink, rozhodli jsme se zacílit na moderní jazyk Modelica, což si vyžádalo kompletní revizi předmětu. Získané poznatky se dají využít při výuce jakéhokoli předmětu, kde cvičíme zejména dovednosti. Jelikož jazyk není syntakticky složitý, prakticky od začátku jsme začali pracovat na jednoduchých modelech fyziologických procesů. Důraz byl kladen zejména na analýzu a pochopení modelu, čímž se studenti učili nejen chápat části fyziologie (jejíž základy již mají z minulých předmětů), ale i analyticky přemýšlet a skládat si souvislosti. Stavěli jsme před studenty náročná témata, což povětšinou vedlo k hlubšímu zájmu a pochopení látky. Předmět patřil mezi časové náročné, měl domácí úlohu na každou hodinu (cca 4h domácí práce týdně), testy v semestru a semestrální práci (cca 50h). S náročnými úkoly však musí být cvičící vždy připraveni a ochotni pomoci a vysvětlit. Zejména u méně zorientovaných studentů bylo třeba mnoho úsilí proto, aby z předmětu neodcházeli frustrováni. Studenti FEL obecně nejsou zvyklí chodit konzultovat, přesto se nám podařilo je na tuto jinde běžnou praxi navyknout. V článku prezentujeme výukové postupy a jejich zhodnocení, některé klíčové postřehy, dále srovnáváme vývojová prostředí a praktickou využitelnost znalostí pro absolventy.
An innovated subject, Modelling and Simulation, was taught for the first time in the winter semester of 2011 for the master's course Biomedical Engineering at the Department of Cybernetics, Faculty of Electrical Engineering (FEE), Czech Technical University (CTU). The innovation consisted particularly in modifications of the seminars – unlike previous years when the seminars had been based on the instructional language MATLAB/Simulink, we decided to focus on the modern language Modelica, which required revising the subject completely. The knowledge gained can be used in the teaching of any subject focused specifically on training the skills. Given that the syntax of the language is not complicated, simple models of physiological processes could be worked on virtually from the beginning. An emphasis was laid particularly on the model analysis and understanding, meaning that the students learned not only to understand parts of physiology (whose basics they had gained in previous subjects), but also to develop analytical thinking and find connections. The students could be faced with demanding topics, which usually led to a deeper interest and understanding of the matter. The subject was one of the more time demanding ones, homework was given for every lesson (approx. 4 hours of homework weekly), tests during the semester and a semester paper (approx. 50 hours). However, the trainers must always be ready and willing to help and provide explanation when demanding tasks are handled. A lot of effort was needed particularly in less oriented students to make sure they did not leave the class frustrated. In general, FEL students are not used to attend consultations; in spite of that, we succeeded in making them become accustomed to this practice quite common elsewhere. The article presents teaching procedures and their assessment, some key observations, and a comparison of the development environments and applicability of the knowledge for graduates.
... Derivatives and Integrals 2.6 Differential Equations and Laplace Transforms Chapter 3 Getting Started with MATLAB ... ... 3.1 Introduction 3.2 Matrices in MATLAB 3.3 MATLAB Plotting 3.4 SIMULINK 3.5 Systems Biology Toolbox ...
Vyd. 1. 145 s. : il. ; 30 cm
- MeSH
- Models, Biological MeSH
- Mathematical Concepts MeSH
- Mathematical Computing MeSH
- Mathematics MeSH
- Computer Simulation MeSH
- Conspectus
- Kombinatorika. Teorie grafů. Matematická statistika. Operační výzkum. Matematické modelování
- Učební osnovy. Vyučovací předměty. Učebnice
- NML Fields
- přírodní vědy
- biologie
- NML Publication type
- učebnice vysokých škol
V článku je uvedena aplikace simulačních modelů vytvořených v prostředí MATLAB SIMULINK ve výuce biosystémů. Modely jsou rozděleny do dvou skupin - fyziologických a socioekonomických systémů, zpracovaných v rámci diplomových prací na katedře kybernetiky, fakulty elektrotechnické, ČVUT v Praze. Práce s těmito modely je ilustrována na několika příkladech řešených úloh vytvořených pro laboratorní cvičení. Následně jsou popsány perspektivní metody inicializace a zobrazování simulačních prúběhů uvedených modelů prostřednictvim INTERNETU. Tento výzkum je podporován výzkumným záměrem J04/98:21 0000012 - Transdisciplinárni výzkum v oblasti biomedicínského inženýrství.
Thirty five years ago, A.C. Guyton at al. published a description of the large model of physiological relations in a form of a graphic chart. The authors brought this large-scale chart to life using a modern simulation tool--Matlab/Simulink. The original layout, connections and descriptions were saved in the implementation, but contrary to the old system analysis diagram, the new one is also a functional simulation model itself. Thus, the new implementation gives the user the possibility to see and study behaviour of all model's variables in time. Authors also describe the technology of development of multimedia learning simulators.
Při vytváření simulátoru fyziologických funkcí "Golem" bylo nutno ve vzájemné návaznosti řešit jak problematiku vytváření simulačniho modelu, který je podkladem simulátoru a tak i problematiku tvorby vlastniho simulátoru. Pro každou z těchto úloh je ale vhodné používat adekvátní vývojářské nástroje. Pro tvorbu simulačního modelu se nám vyplatilo využít Simulink a Matlab, které nám umožnily postupně seslavovat simulační model z jednotlivých komponenet simulačních čipů. Při vlastní tvorbě simulátoru jsme sáhli po systému Control Web - objektově orientovaném nástroji s komponentovou architekturou pro rychlý vývoj vizualizačních a řídících aplikací, aplikací sběru a vyhodnocování dat a tvorby rozhraní člověk-stroj. Možnost tvorby distribuovaných aplikací využíváme při využití simulátoru "Golem" pro distanční lékařskou výuku.
Vývoj efektivních výukových programů, kombinující multimédia se simulačními hrami je náročnou a komplikovanou prací, vyžadující týmovou spolupráci řady profesí - zkušených pedagogů vytvářejících základní scénář, tvůrců simulačních modelů, lékařů, výtvarníků a programátorů. Tuto interdisciplinární kolektivní tvorbu zefektivňuje využívání vhodných vývojových nástrojů umožňujících komponentovou tvorbu a propojení símulačních programů a interaktivních multimédií podle daného scénáře do kompaktního celku. Autoři pro tvorbu simulačních modelů využívají nástroje firmy Mathworks Inc. (Matlab a Simulink), tyto modely dekomponují do tzv. simulačních čipů výhodných pro multidisciplinární spolupráci. Pro tvorbu interaktivních anímací využívají autoři nástroje firmy Macromedia (Flash a Dírector). Pro tvorbu uživatelského rozhraní výukových programů a simulátorů využívají vývojový nástroj firmy Moravian Instruments (Control Web), nebo integrující vývojové prostředí Visual Studio .NET. Autoři argumentují proč dávají přednost průmyslovým vývojovým nástrojům před univerzitními tzv. "open source" nástroji.
